铁磁形状记忆合金Mn2NiGa中应力诱发马氏体相的结构和磁性

采用金刚石对顶砧高压装置（DAC）和同步辐射X射线光源法,对Heusler类型的磁性形状记忆合金Mn₂NiGa的结构进行了原位高压X射线衍射测量,并对卸载后的受压样品进行了磁测量.实验观察到材料在室温下分别在0.77 GPa和20 GPa压力下发生了两次不可逆结构相变：马氏体相变和两种不同马氏体间的等结构相变.同时加压使马氏体结构中产生了大量的缺陷,造成了严重的晶格畸变,致使马氏体结构的矫顽力提高了近10倍,达到204 kA/m.结果发现,加压处理造成样品马氏体相饱和磁化强度的大幅度 关键词： 铁磁形状记忆合金 2NiGa')" href="#">Mn₂NiGa 高压 同步辐射     

低温时效处理对铁磁形状记忆合金Mn2NiGa的结构、相变和磁性能的影响

对在较低温度范围的时效处理铁磁形状记忆合金Mn₂NiGa的结构、相变和磁性进行了研究.研究发现,母相基体析出了细小的析出相,引起了晶格扭曲和畸变,导致了系统内产生了很大的内应力.在其浓度超过晶格的容忍度之后,提升了体系的马氏体相变温度,使母相在时效温度下转变成马氏体相,并在其中测量到高达900 Oe的矫顽力.由于这种马氏体相的逆相变温度大幅提高,外推获得其居里温度在530 K附近.细小析出相的粗化使内应力消失,样品又回到母相状态.观察到细小析出相粗化的两个阈值温度,分别为423 K和 关键词： 铁磁形状记忆合金 2NiGa')" href="#">Mn₂NiGa 时效处理 内应力     

内应力对Mn2NiGa铁磁形状记忆合金的结构、相变和磁性能的影响

通过施加压应力的方法,在铁磁形状记忆合金Mn₂NiGa中引入残留内应力,研究了内应力对 Mn₂NiGa材料的结构、相变和磁性能的影响.研究发现,加压过程使材料发生了塑性形变,在材料内部引入了大量的位错缺陷.卸载后保留的位错缺陷在材料中造成了残留的内应力,导致了马氏体相变温度大幅度提高, 使原本室温下的母相转变成了马氏体相.测量到导致样品转变成马氏体的阈值压应力为1.0 GPa.加压形成的马氏体中的残留内应力将矫顽力从低于50 Oe提高到350 Oe.残留内应力在730 K的热处理中由于位错缺陷的消失而得以消除,样品实现了马氏体逆相变.如此高的逆相变温度使得 Mn₂NiGa马氏体的居里温度测量成为可能,获得了530K的数值.     

Si掺杂的铁磁形状记忆合金Co50Ni21Ga29Six的物性研究

成功生长了Co50Ni21Ga29:Si(x=1,2)单晶样品,对其磁性,马氏体相变及其相关性质进行了细致的测量.发现掺si成分的单晶具有非常迅速的马氏体相变行为、2.5%的大相变应变、大于100 ppm的磁感生应变和4.5%的相变电阻.进一步研究指出,CoNiGa合金中掺入适量Si元素,能够降低材料的马氏体相变温度,减小相变热滞后,提高材料的居里温度,并使得磁性原子的磁矩有所降低.尤其重要的是Si元素的添加能够增大材料马氏体的磁晶各向异性能,改善马氏体变体的迁移特性,从而获得更大的磁感生应变.     

磁性形状记忆合金Mn2NiGa band Jahn-Teller效应的第一性原理研究

运用第一性原理的方法,研究了磁性形状记忆合金Mn2NiGa在马氏体相变中晶格结构、磁结构、Mn原子d电子结构的变化．研究表明,伴随Mn2NiGa马氏体相变的发生,形成了一个由两根长键及四根短键组成的拉长八面体结构,即产生了沿z轴拉长的Jahn–Teller畸变;在相变时,位于八面体中心的Mn原子的磁矩发生显著的变化,而作为配体的Ni、Ga原子的磁矩变化很微小;Jahn–Teller畸变的发生,是由于晶体的畸变使配位场产生变化,导致Mn原子d电子态密度重新分布,从而使eg和t2g能级分裂所致．     

铁磁形状记忆合金Co50Ni20Ga30-xSix的结构及物性研究

用Si元素替代CoNiGa合金中的Ga元素后,研究了材料的结构、马氏体相变及其磁性的变化.结果发现,当Si原子的含量在0—10％范围内,材料能够形成体心立方结构,并且具有很好的热弹性马氏体相变行为.进一步研究指出,简单的从掺杂元素的原子半径大小来判断其对奥氏体稳定性的影响是不够的,必须从考虑掺杂原子与基本元素原子半径之间的比例来考虑这一问题.同时还发现Curie温度和饱和磁化强度随着Si含量的上升而有所降低,但是其马氏体的各向异性随着Si含量的增加而增强,这一点对于在合金中获得大磁感生应变具有指导意义. 关键词： 铁磁形状记忆合金 马氏体相变 CoNiGaSi合金     

Ga含量对Mn2-xNiGa1+x结构和磁性的影响

系统研究了铁磁性形状记忆合金Mn_{2 -x}NiGa_1+x的结构、磁性和有序化转变. 研究表明: 随着Ga含量的增加, Mn_{2 -x}NiGa_1+x的母相结构由Hg₂CuTi 型逐渐转变到Cu₂MnAl型Heusler结构. 母相的晶格常数先增加后降低, 当x=0.3时达到最大值. 0.3 ≤x ≤0.8时, 材料除呈现Heusler结构的主相之外, 还出现了Ni₂In型六角相. 过渡金属中3d电子之间交换相互作用的减弱, 导致Mn_2-xNiGa_1+x主相的居里温度由Mn₂NiGa的590 K逐渐降低至Ga₂MnNi的220 K左右; 当x=0.6–0.8时, Ni₂In型六角相的居里温度与主相的居里温度出现分离. Ga对Mn的替代引起合金中原子间耦合作用的变化, 导致低温下Mn_{2 -x}NiGa_1+x的饱和磁化强度先增加后降低, 即x≤0.4时呈上升趋势, x>0.4时急剧下降. 差热分析结果显示, 随着x从0增加到1, 样品熔化温度逐渐降低, B2相到Heusler相的转变温度先降低后增加.     

磁性形状记忆合金Mn_2NiGa性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理,对Hg_2CuTi型Mn_2NiGa分别在奥氏体态和马氏体态下的晶体结构、磁性、电子结构以及Hg_2CuTi型Mn_2NiGa的压力响应、四方变形等进行了计算.计算结果表明:i)在奥氏体态和马氏体态下,Mn原子均是Mn_2NiGa总磁矩的主要贡献者,但Mn(A)、Mn(B)原子磁矩的值不等且呈反平行耦合,因而Mn_2NiGa合金均表现为亚铁磁结构;ii)在奥氏体态和马氏体态下,Mn(A)-d、Mn(B)-d的投影态密度在费米面附近交叠都很少,说明Mn(A)、Mn(B)原子之间的d-d直接交换作用均很弱,而此时Mn的原子内交换作用很强.这是Mn_2NiGa在奥氏体态和马氏体态下均呈现亚铁磁结构的成因;iii)理论计算出在四方变形中,在c/a约为1.27处出现一个稳定的马氏体相,这与实验结果相符.     

NiTi形状记忆合金的价电子结构分析与马氏体相变

应用固体与分子经验电子理论，对ＮｉＴｉ合金的母相和马氏体相进行了价电子结构分析，计算了合金在两种状态下的结合能。计算结果与实验相符很好；在此基础上对ＮｉＴｉ合金的马氏体相变前后的宏观杨氏模量的变化从电子结构角度进行了解释。     

铁磁/反铁磁双层薄膜中应力各向异性研究

采用铁磁共振方法,研究了铁磁/反铁磁双层薄膜中交换各向异性和应力各向异性对其物理性质的影响.结果表明,单向各向异性来源于界面交换作用,应力各向异性对材料的磁化难易程度有较大影响.当外磁场方向与应力场方向平行时,应力场的存在将促进该方向的磁化.反之,应力场将会阻碍该方向的磁化.     

Phase-field simulations of magnetic field-induced strain in Ni2MnGa ferromagnetic shape memory alloy

The magnetization and magnetic field-induced strain behavior of the ferromagnetic shape memory alloy, Ni₂MnGa, under constant compressive stress were studied using the phase-field method. Based on the evolving magnetic domain and martensitic structures, we analyzed the cycling effect, magnetization hysteresis, strain recoveries, and coupling between the domain wall and martensite twin boundaries. We compared the switching behavior of single variant and multivariant martensite structures. We observed three types of magnetic field-induced strain mechanisms, depending on the magnitude of the applied compressive stress. The study revealed that the martensite microstructure of the magnetic shape memory alloy plays an important role in magnetization and strain evolution during loading and unloading of an external magnetic field under different stress conditions. The results are compared with existing experimental observations.     

Fe和Co元素在铁磁性形状记忆合金Mn50Ni25－xFe(Co)xGa25中的作用

为了进一步改善材料的性能和探索新的材料，将Mn₂NiGa合金中的Ni元素分别用Fe和Co替代，制备了Mn₅₀Ni_25-xFe(Co)_xGa₂₅系列合金. 研究了Fe和Co元素对Mn₂NiGa合金的结构、马氏体相变行为、磁性和机械性能等方面的影响. 关键词： 铁磁形状记忆合金 Heusler合金 50Ni_25-xFe(Co)_xGa₂₅')" href="#">Mn₅₀Ni_25-xFe(Co)_xGa₂₅     

Magnetocaloric properties of as-quenched Ni50.4Mn34.9In14.7 ferromagnetic shape memory alloy ribbons

The temperature dependences of magnetic entropy change and refrigerant capacity have been calculated for a maximum field change of Δ H=30 kOe in as-quenched ribbons of the ferromagnetic shape memory alloy Ni_50.4Mn_34.9In_14.7 around the structural reverse martensitic transformation and magnetic transition of austenite. The ribbons crystallize into a single-phase austenite with the L2₁-type crystal structure and Curie point of 284 K. At 262 K austenite starts its transformation into a 10-layered structurally modulated monoclinic martensite. The first- and second-order character of the structural and magnetic transitions was confirmed by the Arrott plot method. Despite the superior absolute value of the maximum magnetic entropy change obtained in the temperature interval where the reverse martensitic transformation occurs (|\varDelta S_M^max|=7.2 J kg^-1 K^-1)(|\varDelta S_{\mathrm{M}}^{\max}|=7.2\mbox{ J}\,\mbox{kg}^{-1}\,\mbox{K}^{-1}) with respect to that obtained around the ferromagnetic transition of austenite (|\varDelta S_M^max|=2.6 J kg^-1 K^-1)(|\varDelta S_{\mathrm{M}}^{\max}|=2.6\mbox{ J}\,\mbox{kg}^{-1}\,\mbox{K}^{-1}), the large average hysteretic losses due to the effect of the magnetic field on the phase transformation as well as the narrow thermal dependence of the magnetic entropy change make the temperature interval around the ferromagnetic transition of austenite of a higher effective refrigerant capacity (RC^magn_eff=95J kg^-1\mathrm{RC}^{\mathrm{magn}}_{\mathrm{eff}}=95\mbox{J}\,\mbox{kg}^{-1} versus RC^struct_eff=60J kg^-1)\mathrm{RC}^{\mathrm{struct}}_{\mathrm{eff}}=60\mbox{J}\,\mbox{kg}^{-1}).     

铁磁形状记忆合金Ni52.2Mn23.8Ga24的马氏体相变及其物理表征

对Ni52.2Mn23.8Ga24的单晶样品在马氏体相变过程中的相变潜热、磁性、电阻以及应变等物理序参量进行了测量.测量结果表明:不同的物理机制表征的相变温度有所不同.利用马氏体相变的GT关系予以分析,解释了不同测量方法获得的相变温度差别的原因.研究指出,Heusler合金Ni2MnGa的相变是分布晶格畸变类型,磁结构的变化发生在第二步晶格的非均匀切变,但相变应变与GT模型有区别. 关键词： 马氏体相变 Ni52.2Mn23.8Ga24     

Heusler合金Mn2NiGe磁性形状记忆效应的第一性原理预测

运用基于密度泛函理论的第一性原理,对Hg₂CuTi型Mn₂NiGe的四方变形、晶体结构、磁性、电子结构、压力响应等进行了计算.计算结果表明: 1)在由立方结构至四方结构的转变中,在c/a约为1.34处存在一个稳定的马氏体相;2)在奥氏体态和马氏体态下,Mn原子均是Mn₂NiGe总磁矩的主要贡献者,但Mn(A),Mn(B)原子磁矩的值不等且呈反平行耦合,因而Mn₂N 关键词： 第一性原理 磁性形状记忆 四方变形 马氏体相变     

Magnetoresistance in ferromagnetic shape memory alloy NiMnFeGa

The magnetoresistance (MR){=[R(H)−R(0)]/R(0)} properties in ferromagnetic shape memory alloy of NiMnFeGa ribbons and single crystals, and NiFeGa ribbons have been investigated. It is found that the NiMnFeGa melt-spun ribbon exhibited GMR effect, arising from the spin-dependent scattering from magnetic inhomogeneities consisting of antiferromagnetically coupled Mn atoms in B2 structure. In the absence of these magnetic inhomogeneities, Heusler alloys seem to show a common linear MR behavior at around 0.8T_C, regardless of sample structures. This may be explained by the s-d model. At low temperatures, conventional AMR behaviors due to the spin-orbital coupling are observed. This is most likely due to the diminished MR from s-d model because of much less spin fluctuation, and is not associated with martensite phase. MR anomaly at intermediate field (ρ_⊥>ρ_||) is also observed in single crystal samples, which may be related to unique features of Heusler alloys.     

掺Mn对NiFeGa磁性形状记忆材料单晶特性的影响

在单晶Ni₅₄Fe₁₉Ga₂₇中掺入少量Mn，对增强磁交换相互作用，提高居里温度和稳定了B2相并增强晶格的刚度，起到了非常明显的作用.Mn的存在使样品中取向内应力得以保持，提高了变体择优取向的水平，大大提高了单晶的相变应变和磁场增强作用.发现内应力对超弹性性质的影响也很明显. 关键词： 磁性形状记忆合金 NiFeGa 单晶 超弹性