CC BY
51
Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 22 (377). Физика. Вып. 21. С. 42-45.
УДК 537.6, 539.21:537
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЧЕТЫРЁХКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВОВ Ni-Co-Mn-Sn
М. О. Дробосюк, Р. Р. Файзуллин, В. Д. Бучельников, С. В. Таскаев, А. Г. Фазлитдинова
ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет», Челябинск, Россия
Исследуются магнитные свойства четырёхкомпонентных сплавов Гейслера №50-хСохМп3^пп (х = 5, 6, 7, 8). Рентгеноструктурный анализ показал, что в сплавах реализуется мартенситная фаза при комнатной температуре. Определены температуры Кюри (Тс) и измерен магнитокалорический эффект образца с х = 5.
Ключевые слова: сплавы Гейслера, температура Кюри, магнитокалорический эффект.
Введение
Ферромагнитные сплавы с эффектом памяти формы представляют большой интерес в связи с их уникальными функциональными свойствами, такими как гигантские магнитодеформации, магнитокалорический эффект, большое магнетосо-противление и т. д. [1-4]. Эффект памяти формы обнаружен в тройных интерметаллических сплавах Гейслера с общей формулой Х2У2, имеющих кристаллическую структуру L21. Наиболее глубоко изучены свойства тройных сплавов Гейслера №-Мп^а, №-Мп-1п и №-Мп^п. Сплавы с добавлением четвёртого элемента изучены меньше. Они представляют большой интерес в связи с тем, что добавление четвёртого элемента, например 3й, позволяет смещать температуры фазовых переходов и улучшать их механические свойства.
В данной работе исследуются магнитные свойства четырёхкомпонентных сплавов Гейслера Ni50-xCoxMnз9Sn„ (х = 5, 6, 7, 8).
Материалы и методика эксперимента
Четыре слитка номинальных составов №50-хСохМп3^пп (х = 5, 6, 7, 8) и весом около 10 гр были изготовлены методом дуговой плавки в атмосфере аргона из элементов №, Со, Мп, Sn чистотой 99,9 масс. %. Образцы для измерений вырезались из центральной части слитка.
Методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX анализ) был определён состав образцов. Данные о составе приведены в таблице.
Результаты эксперимента
Рентгеноструктурный анализ синтезированных сплавов проводился при комнатной температуре
с использованием дифрактометра D8 ADVANCE Bruker на фильтрованном Cu Ka излучении. Рентгенограмма образца 1 с x = 5 представлена на рис. 1.
Анализ рентгенограмм показал, что все образцы при комнатной температуре находятся в мар-тенситной фазе. Пики на рентгенограммах отвечают двум мартенситным фазам: четыфёхслойной орторомбической 4О и семислойной моноклинной 14М структурам [5].
Измерения низкополевой намагниченности проводились на оригинальном магнитометре, работающем на эффекте Холла. Результаты измерений приведены на рис. 2.
Состав образцов
Образец Номинальный состав Ni Co Mn Sn
1 Ni45Co5Mn39Snii 50,163 5,796 33,654 10,39
2 Ni44Co6Mn39Snu 53,7 5,45 30,714 10,14
3 Ni43Co7Mn39Snn 47,479 7,388 34,454 10,68
4 Ni42Co8Mn39Sn11 46,372 8,354 34,624 10,65
По результатам измерений низкополевой намагниченности были определены температуры Кюри (Тс) образцов 1, 2, 3 и 4, которые составили 380, 440, 442, 450 К, соответственно.
Магнитокалорические измерения проводились на установке фирмы ООО «ПМТиК». По результатам измерений построена температурная зависимость адиабатического изменения температуры (магнитокалорический эффект), которая приведена на рис. 3.
Из рис. 3 следует, что в образце 1 (х = 5) при температуре близкой к температуре Кюри, наблюдается прямой магнитокалорический эффект величиной ~ 0,7 К.
Магнитные свойства четырёхкомпонентных сплавов Ы1-Со-Мп-8п
43
4
(и
Я
н о
л н о о X
05 X
о
X
о н
X
к
Образец 1
о 3
20
30
40
50
60
70
80
90
26 (град)
Рис. 1. Рентгеновская дифрактограмма образца 1 (х = 5)
Рис. 2. Температурная зависимость низкополевой намагниченности образцов Ы150.хСохМп398п11 (х = 5, 6, 7, 8)
1—■—I—1—I—■—I—1—I—■—I—1—г
О 1 _I_I_I_'_I_•_I_I_I_■_I_I_I_1_I_I_I_
300 310 320 330 340 350 360 370 380 Температура (К)
Рис. 3. Температурная зависимость магнитокалорического эффекта образца 1 (х=5) при изменении магнитного поля от 0 до 2 Тл
Заключение
Таким образом, исследованы четырёхкомпонент-ные сплавы Гейслера №50-хСохМп^пп (х = 5, 6, 7, 8). Получено, что образцы при комнатной температуре находятся в мартенситной фазе. Из измерений низкополевой намагниченности определены температуры Кюри синтезированных сплавов, кото-
рые составили 387, 440, 442, 450 К, соответственно, для сплавов с х = 5, 6, 7, 8. Измерен магнитокалори-ческий эффект образца с х = 5 в диапазоне температур 305-375 К. Максимальное значение магнитокалорического эффекта достигает значения ~ 0,7 К.
Выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 14-12-00570.
Список литературы
1. Planes, A. Magnetocaloric effect and its relation to shape-memory properties in ferromagnetic Heusler alloys / A. Planes, L. Manosa, M. Acet // J. of Physics: Condensed Matter. - 2009. - Vol. 21. - 233201.
2. Buchelnikov, V. D. Magnetocaloric effect in Ni-Mn-X (X= Ga, In, Sn, Sb) Heusler alloys / V. D. Buchelnikov, V V Sokolovskiy // The Physics of Metals and Metallography. - 2011. - Vol. 112. - P. 633-665.
3. Liu, J. Giant magnetocaloric effect driven by structural transitions / J. Liu, T. Gottschall, K. P. Skokov [et al.] // Nature Materials. - 2012. - Vol. 11. - P. 620-626.
4. Fayzullin, R. Direct and Inverse Magnetocaloric Effect in Ni1,81Mn1,64In0,55 Multifunctional Heusler Alloy / R. Fayzullin, V Buchelnikov, M. Drobosyuk [et al.] // Solid State Phenomena. - 2015. - Vol. 233-234. - P. 183-186.
5. Deltell, A. Martensitic transformation in Ni-Mn-Sn-Co Heusler Alloys / A. Deltell, L. Escoda, J. Saurina, J. J. Sunol // Metals. - 2015. - Vol. 5. - P. 695-705.
Поступила в редакцию 28 августа 2015 г.
Сведения об авторах
Дробосюк Михаил Олегович — преподаватель кафедры физики конденсированного состояния Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. [email protected].
Файзуллин Рафаэль Ринатович — аспирант кафедры физики конденсированного состояния Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. [email protected].
Бучельников Василий Дмитриевич — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики конденсированного состояния Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. [email protected].
Таскаев Сергей Валерьевич - доктор физико-математических наук, доцент, декан физического факультета Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. [email protected].
Фазлитдинова Альфия Габдиловна — кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики конденсированного состояния Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. [email protected].
Магнитные свойства четырёхкомпонентных сплавов Ni-Co-Mn-Sn
45
Bulletin of Chelyabinsk State University. 2015. № 22 (377). Physics. Issue 21. P. 42-45.
MAGNETIC PROPERTIES OF QUATERNARY Ni-Co-Mn-Sn ALLOYS
M. O. Drobosyuk, R. R. Fayzullin, V. D. Buchelnikov, S. V. Taskaev, A. G. Fazlitdinova
Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia
Corresponding author M. O. Drobosyuk, [email protected]
Magnetic properties of quaternary Ni50-xCoxMn39Snn (x = 5, 6, 7, 8) Heusler alloys was studied. Analysis of X-ray diffraction patterns confirm that alloys have martensitic structure at room temperature. The Curie temperatures were determined. The magnetocaloric effect of sample 1 was measured.
Keywords: Heusler alloys, Curie temperature, magnetocaloric effect.
References
1. Planes A., Manosa L., Acet M. Magnetocaloric effect and its relation to shape-memory properties in ferromagnetic Heusler alloys. Journal of Physics: Condensed Matter, 2009, vol. 21, 233201.
2. Buchelnikov V.D., Sokolovskiy V.V. Magnetocaloric effect in Ni-Mn-X (X= Ga, In, Sn, Sb) Heusler alloys. The Physics of Metals and Metallography, 2011, vol. 112, pp. 633-665.
3. Liu J., Gottschall T., Skokov K.P., Moore J.D., Gutfleisch O. Giant magnetocaloric effect driven by structural transitions. Nature Materials, 2012, vol. 11, pp. 620-626.
4. Fayzullin R., Buchelnikov V., Drobosyuk M., Mashirov A., Kamantsev A., Hernando B., Zhukov M., Koledov V., Shavrov V. Direct and Inverse Magnetocaloric Effect in Ni181Mn164In0,55 Multifunctional Heusler Alloy. Solid State Phenomena, 2015, vol. 233-234, pp. 183-186.
5. Deltell A., Escoda L., Saurina J., Sunol J.J. Martensitic transformation in Ni-Mn-Sn-Co Heusler Alloys. Metals, 2015, vol. 5, pp. 695-705.
Submitted 28 August 2015
