美國德克薩斯A&M大學Acta Materialia：NiCoMnIn磁性形狀記憶合金中成分和晶體排序對鐵磁轉變的影響

【引言】

Ni-Mn基變磁性形狀記憶合金（MMSMAs）因其獨特的性質而備受關注，如傳統的形狀記憶效應、磁場誘導馬氏體相變（MT）、巨磁熱效應和大磁阻。許多性質源于鐵磁立方體奧氏體和超順磁性或反鐵磁性，非調制的2M或調制的（5M，7M）四方馬氏體之間的MT。換句話說，MMSMA表現出耦合鐵彈性和磁轉變的磁-結構轉變，其中系統的磁狀態在冷卻時從強鐵磁性變為反鐵磁/超順磁態。已經證明磁性有序度在MMSMA的MT溫度中起重要的作用。更具體地，在NiCoMnIn MMSMA中，奧氏體的磁有序性的增加（減少）會降低（增加）MT處的總熵變。該效應導致MT溫度與TC和MS之間的差異成反比關系。因此，可以通過調整MMSMA中的磁性排序來調整MT溫度，從而允許修改馬氏體轉換特性，例如轉換滯后，轉換范圍和轉換抑制程度，或完全抑制MT，從而產生具有潛在獨特性質的玻璃化轉變行為。

【成果簡介】

近日，在加拿大麥吉爾大學I. Karaman教授教授團隊（通訊作者）帶領下，與俄羅斯托木斯克國立大學和美國阿貢國家實驗室合作，研究了不同NiCoMnIn合金中奧氏體相變T_C和該溫度與晶體有序性之間的關系以及在ODO轉變溫度以下的二次熱處理后的磁性能。然后，T_C用于探測η_L21的演變并與MT溫度的演變建立關系。工作的主要目的是通過η_L21與T_C的變化相關聯，可以闡明了造成MT對MMSMA中二次熱處理的高靈敏度的機制。相關成果以題為“Effects of composition and crystallographic ordering on the ferromagnetic transition in NiCoMnIn magnetic shape memory alloys”發表在了Acta Materialia上。

【圖文導讀】

圖1?多晶樣品的上馬氏體點與含量的函數關系

多晶Ni₄₅Co₅Mn_50-XIn_X?at.％固溶熱處理的樣品，上馬氏體點M_S與含量的相關性。Plot將當前工作材料（紅色）獲得的數據與文獻中發表的數據進行比較（藍色和綠色）。

圖2?多晶樣品的熱處理

（a）通過樣品質量和溫度速率歸一化的量熱響應φ與溫度之間的關系；

（b）在兩個熱循環過程中溫度導數?φ/?T與溫度之間的關系；

（c）在0.05T的恒定磁場下，在單個冷卻/加熱循環期間總磁化強度的導數?M/?T與溫度之間的關系。對于相同的多晶（PC）NiCoMnIn_13.71磁性形狀記憶合金樣品（MMSMA），在1173K下固溶24小時（WQ），在773K下進行二次退火0.5小時，然后水淬。箭頭表示溫度循環的冷卻/加熱方向。（b）中的空心圓圈表示計算居里溫度的峰值溫度，居里溫度是從這四條曲線的平均值計算出來的（顯示在中間）。將該值與從（c）中的熱磁化曲線測量的居里溫度進行比較。

圖3?多晶NiCoMnInx變磁性形狀記憶合金中奧氏體T_C的演變

圖4 多晶NiCoMnInx變磁性形狀記憶合金中奧氏體T_C與二次HT溫度的關系

圖5 四種不同SHT單晶Ni₄₅Co₅Mn_36.6In_13.4樣品的XRD

圖6 計算的總有效磁交換參數

圖7 三種不同組合物的T_C隨η_L21函數的變化

【小結】

總之，奧氏體的居里溫度表現出對L₂₁有序度的相關性。通過從頭算DFT計算驗證了這種關系。T_C和η_L21之間的關系已被用于定性地估計在ODO轉變溫度以下進行二次熱處理的有序度的演變。結果表明，有序動力學很快，總的有序度主要取決于二次熱處理溫度和冷卻速度，對于處理時間夠長而言，排序受到低溫下原子擴散可用的低熱能的限制。最后，成分的細微變化對MT溫度具有強烈影響，并且對鐵磁轉變具有顯著但較小的影響。

?文獻鏈接：Effects of composition and crystallographic ordering on the ferromagnetic transition in NiCoMnIn magnetic shape memory alloys（Acta Materialia, 2019, DOI:10.1016/j.actamat.2019.01.008）

本文由材料人編輯部學術組木文韜翻譯，材料牛整理編輯。

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