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《Acta Materialia》:探究Laves相资料的负热膨胀和磁致效应!

  磁热效应(MCE)是晶格在磁场效果或移除磁场时的热反响,可以用磁熵改变和绝热气温改变来表征。为了更好的进步依据 MCE 的磁制冷的能效和环境安全性,近几十年来,新式 MCE 资料的探究和对磁相变操控机制的了解十分重视。人们研讨了许多产生磁结构或磁弹性改变的磁致冷资料,如 Mn-Fe-P-Si、La(Fe,Si)13、Ni-Mn 基 Heusler 合金、MnCoGe、Fe2(Hf,Ta)和 Mn2Sb因为具有很强的自旋-晶格耦合性,一些磁致性资料,如 La-Fe-Si-Co、MnCoGe 和 Fe 基 Laves 相资料,也被认为是负热膨胀(NTE)资料的潜在候选资料,而现代工业对这些资料的热膨胀调理需求很大。其间,磁性铁基拉维斯相资料结合了自发磁化和依据两个不同铁原子位点的磁弹性晶格体积奉献,兼具高导热性和杰出机械功能的长处,可用于负热膨胀和磁致弹性应用领域。依据过渡金属的拉维斯相资料代表了一个有着十分丰富诱人物理性质的合金大家族。

  图 4.(a)熔融纺丝 Ti0.36(17 m/s)样品的背散射电子扫描电子显微镜图画和图谱。(b) 熔融纺丝 Ti0.36(17 m/s)样品的背散射电子扫描电子显微镜图画和沿红线的线扫描剖面图;(c) 熔融纺丝 Ti0.36(22 m/s)样品的背散射电子扫描电子显微镜图画和沿红线的线扫描剖面图。

  图 6. 电弧熔融 Ti0.15 样品(a)在 573 K和(b)在 4 K 时的粉末中子衍射图样。(b) 中的第二行对应的是磁奉献。(c) 折射磁矩装备。反射参数的温度依赖性:(d) 晶格常数 a 和 c,(e) 来自 ND 的试验和非磁性单位晶胞体积(Vexp 和 Vnm)与电弧熔化 Ti0.15 样品的温度函数联系。Vnm 是经过对非磁性 PM 相的高温数据来进行外推核算得出的,疏忽了预期的低温热膨胀平衡。(d) 中的暗影部分表明 NTE 窗口。

  图 8. (a) 莫斯鲍尔光谱法得出的电弧熔化的 Ti0.15 样品的高频磁场的温度依赖性。(b) 依据 ND 得出的电弧熔化 Ti0.15 样品 2a 和 6h 处磁矩的温度依赖性(表1)。(c-d) 原子间间隔与温度的函数联系。(e) dωs/dT 和 dM/dT(磁场为 1 T 时)与温度的函数联系。(f) ωs 与铁磁矩平方的函数联系。

  总归,本研讨重视了电弧熔炼和熔融纺丝Fe2Hf1-xTix (x = 0.15, 0.27, 0.30, 0.33, 0.36, 0.40) 合金的晶体结构、微观结构和磁功能,这些合金来自两种等结构的HfFe2 和 TiFe2 Laves 相资料。令人惊奇的是,在 x = 0.30-0.40 的样品中发现了相别离现象,本研讨将其归因于 Hf 和 Ti 之间 7.5% 的尺度差异。本研讨之后发现,以 30 米/秒的砂轮速度进行熔融纺丝可完成较高的冷却速度,然后取得均匀的合金。磁改变温度随均匀单元体积线性下降。经过熔融纺丝,相别离按捺的饱满磁化可从 48.7 Am2/kg 康复到 59.6 Am2/kg,因而,在磁场改变为 2 T 的情况下,因为均匀性进步,磁致效应可从 0.46 J/kg K 进步到 0.54 J/kg。ND 成果为,磁矩坐落 a-b 平面内,铁原子磁矩的下降与晶格参数 a 随温度上升而反常下降的现象共同。本研讨观察到单相Fe2Hf0.85Ti0.15 复合物在 300-400 K 宽温度范围内的负热膨胀(-25 × 10-6K-1)。本研讨经过定量分析自发磁致弹性与铁原子磁矩之间的相关性,评论了负热膨胀与磁性之间的联系。本研讨的研讨成果为了解这些磁致性资猜中的磁弹性耦合供给了重要依据,并为处理铁基拉维斯相资猜中常见的制作问题供给了试验途径。(文:SSC)


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