Fe掺杂对Mn50Ni41-xFexSn9合金的相变、磁热效应和交换偏置效应的影响.pdf

朱 瑞 等：Fe掺杂对Mn。Ni…FeSn。合金的相变、磁热效应和交换偏置效应的影响 文章编号 ：1001—9731(2017)01—01249—04 Fe掺杂对 Mn50Ni41一zFezSn9合金的相变、 磁热效应和交换偏置效应的影响 朱 瑞 ，董诗远 ，韩志达。，濮 林 ，张 荣 ，郑有蚪 ，施 毅 (1．南京大学 电子科学与工程学院，南京 210093； 2．常熟理工学院 物理与电子工程学院，江苏 常熟 215500) 摘 要 ： 通过 电弧熔炼的方法制备 了Mn。Ni…FeSn。合金 (z一0，2，4)。采用 X射线衍射 、综合物性测试 系 统、振动样品磁强计对合金的晶体结构、相变、磁热效应和交换偏置效应进行了研究。结果表 明，随着 Fe含量的 增加 ，马氏体转变温度逐渐降低 ，马氏体居里温度逐渐增加。Fe的加入使材料马氏体相变附近的磁化 强度 的变 化增加 ，从而使其具有较大的磁热效应 。另外，Fe的加入使材料 的交换偏置场逐渐降低 ，这可以用 Fe掺杂导致 的铁磁交换作用的增强来解释 。 关键词 ： 铁磁形状记忆合金 ；马氏体相变；磁热效应 ；交换偏置效应 中图分类号 ： O482．6 文献标识码 ：A DOI：10．3969／j．issn．1001—9731．2017．01．045 在低温下 产生 了复杂 的磁性基 态和交 换偏置效 0 引 言 应 _1oj。为增大 AM ，可行 的方法是通过元素掺杂使 2004年，日本东北大学的Sutou等发现了一类新 Mn—Mn之间的反铁磁耦合转变为铁磁耦合 ，如添加 型的Ni—Mn—x(X—In、Sn、Sb)铁磁形状记忆合金，随 Co。这种磁性增强效应 已在 Ni—Co—Mn—X 中已得到普 即成为形状记忆合金研究中的一个研究热点口]。尤其 遍 的证实 ]。 是 2005年 Ni—Mn—Sn合金 中的巨大的磁热效应的发 本文研究了Fe替代 Ni对 Mn。NiSn。的相变 、 现E和 2006年 Ni—Co—Mn—In合金 中的巨磁致应变 的 磁热效应和交换偏置效应 的影响，发现 Fe的加入有助 发现口]，使这类合金成为一种多功能的形状记忆合金。 于增强材料 的铁磁交换相互作用 ，从而提高磁热效应 ， Ni—Mn—X (X—In、Sn、Sb)合金 中，由于磁性和 晶格的 同时会减低低温下的交换偏置场。 耦合作用 ，其马氏体相变不仅可以由温度和应力驱动， 1 实 验 还可以由磁场来驱动。应力驱动相变的现象产生了超 弹性行为 ]、压卡效应 ；而磁场驱动马氏体相变产生 实验所用原材料均为块体材料 ，Ni、Mn、Fe、Sn金 了磁热效应E 、磁电阻效应l6和磁致应变效应l3]。磁 属的纯度均在 99．9 以上。按化学配 比Mns。Ni一 场诱导相变的驱动力来源于 Zeeman能 FeSn。(z一0，2，4)，将原材料放进 中，在氩气保护气 Ez 一 AM ·H 氛下的非 自耗真空电弧炉 中反复翻转熔炼4次 。将熔 AM 指马氏体转变附近马氏体相和奥氏体相 的磁 炼后的铸锭切成小块 ，密封在氩气保护的石英管内，在 化强度之差 ，H 为所加磁场 。因此，大量 的研究集 中 900℃退火 48h，最后在冷水中快淬 。通过 X射线衍 在增大AM 以降低磁场诱导相变所需磁场 ，从而提高 射 (XRD)确定样品在室温 的晶体结构 ；采用 Quantum 在低场下的相关效应 。 Design公司的综合物性测量 系统 (PPMS-9)测量磁性 在 Ni—Mn基铁磁形状记忆合金中，其磁性主要来 能样 品的磁学性质；用 Lakeshore公司