美国德克萨斯A&M大学Acta Materialia：NiCoMnIn磁性形状记忆合金中成分和晶体排序对铁磁转变的影响

【引言】

Ni-Mn基变磁性形状记忆合金（MMSMAs）因其独特的性质而备受关注，如传统的形状记忆效应、磁场诱导马氏体相变（MT）、巨磁热效应和大磁阻。许多性质源于铁磁立方体奥氏体和超顺磁性或反铁磁性，非调制的2M或调制的（5M，7M）四方马氏体之间的MT。换句话说，MMSMA表现出耦合铁弹性和磁转变的磁-结构转变，其中系统的磁状态在冷却时从强铁磁性变为反铁磁/超顺磁态。已经证明磁性有序度在MMSMA的MT温度中起重要的作用。更具体地，在NiCoMnIn MMSMA中，奥氏体的磁有序性的增加（减少）会降低（增加）MT处的总熵变。该效应导致MT温度与TC和MS之间的差异成反比关系。因此，可以通过调整MMSMA中的磁性排序来调整MT温度，从而允许修改马氏体转换特性，例如转换滞后，转换范围和转换抑制程度，或完全抑制MT，从而产生具有潜在独特性质的玻璃化转变行为。

【成果简介】

近日，在加拿大麦吉尔大学I. Karaman教授教授团队（通讯作者）带领下，与俄罗斯托木斯克国立大学和美国阿贡国家实验室合作，研究了不同NiCoMnIn合金中奥氏体相变T_C和该温度与晶体有序性之间的关系以及在ODO转变温度以下的二次热处理后的磁性能。然后，T_C用于探测η_L21的演变并与MT温度的演变建立关系。工作的主要目的是通过η_L21与T_C的变化相关联，可以阐明了造成MT对MMSMA中二次热处理的高灵敏度的机制。相关成果以题为“Effects of composition and crystallographic ordering on the ferromagnetic transition in NiCoMnIn magnetic shape memory alloys”发表在了Acta Materialia上。

【图文导读】

图1多晶样品的上马氏体点与含量的函数关系

多晶Ni₄₅Co₅Mn_50-XIn_Xat.％固溶热处理的样品，上马氏体点M_S与含量的相关性。Plot将当前工作材料（红色）获得的数据与文献中发表的数据进行比较（蓝色和绿色）。

图2多晶样品的热处理

（a）通过样品质量和温度速率归一化的量热响应φ与温度之间的关系；

（b）在两个热循环过程中温度导数∂φ/∂T与温度之间的关系；

（c）在0.05T的恒定磁场下，在单个冷却/加热循环期间总磁化强度的导数∂M/∂T与温度之间的关系。对于相同的多晶（PC）NiCoMnIn_13.71磁性形状记忆合金样品（MMSMA），在1173K下固溶24小时（WQ），在773K下进行二次退火0.5小时，然后水淬。箭头表示温度循环的冷却/加热方向。（b）中的空心圆圈表示计算居里温度的峰值温度，居里温度是从这四条曲线的平均值计算出来的（显示在中间）。将该值与从（c）中的热磁化曲线测量的居里温度进行比较。

图3多晶NiCoMnInx变磁性形状记忆合金中奥氏体T_C的演变

图4多晶NiCoMnInx变磁性形状记忆合金中奥氏体T_C与二次HT温度的关系

图5四种不同SHT单晶Ni₄₅Co₅Mn_36.6In_13.4样品的XRD

图6计算的总有效磁交换参数

图7三种不同组合物的T_C随η_L21函数的变化

【小结】

总之，奥氏体的居里温度表现出对L₂₁有序度的相关性。通过从头算DFT计算验证了这种关系。T_C和η_L21之间的关系已被用于定性地估计在ODO转变温度以下进行二次热处理的有序度的演变。结果表明，有序动力学很快，总的有序度主要取决于二次热处理温度和冷却速度，对于处理时间够长而言，排序受到低温下原子扩散可用的低热能的限制。最后，成分的细微变化对MT温度具有强烈影响，并且对铁磁转变具有显着但较小的影响。

文献链接：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）

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