مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

ارزیابی خواص سرمایش مغناطیسی حالت جامد در آلیاژ هاسلر Ni-Mn-In-Al: استحاله مغناطوساختاری مرتبه اول و گذر فاز مغناطیسی مرتبه دوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری-پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی های نو-سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران
2 دانشیار-پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی های نو- سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران
3 پژوهشگر، دانشکده مکاترونیک و مهندسی کنترل، دانشگاه Shenzhen، چین.
چکیده
در این مقاله، خواص سرمایش مغناطیسی آلیاژ هاسلر Ni50Mn34In16-xAlx (x=0, 0.5, 1, and 1.5 at.%) با بررسی خواص مغناطیسی و مغناطوگرمایی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور نمونه‌های حجمی به قطر 8 میلی‌متر به کمک سیستم ذوب‌ریزی مکشی تهیه شده و آنیلینگ همگن‌سازی در دمای 1073 کلوین به مدت 4 ساعت در حضور گاز آرگون انجام شد. از آزمون‌های XRD و FE-SEM به منظور مشخصه‌یابی ساختاری و ریزساختاری در دمای محیط استفاده شد. آزمون DSC به منظور مطالعه استحاله فازی در محدوده دمایی 200 الی 375 کلوین با نرخ سرمایش و گرمایش 10 کلوین بر دقیقه مورد استفاده قرار گرفت. خواص مغناطیسی وابسته به دما در محدوده دمایی 175 الی 375 کلوین با نرخ سرمایش و گرمایش 3 کلوین بر دقیقه تحت میدان مغناطیسی ثابت 2 تسلا به کمک سیستم MPMS ارزیابی شد. خواص مغناطیسی و مغناطوگرمایی به کمک سیستم VSM مجهز به سیستم سرمایشی و گرمایشی در محدوده دمایی استحاله مغناطوساختاری و گذر فاز مغناطیسی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود افزودن آلومینیوم منجر به تشکیل فاز مارتنزیت در دمای محیط شده است. همچنین مشاهده شد با افزایش میزان آلومینیوم دماهای مشخصه‌یابی استحاله فازی مرتبه اول کاهش پیدا کرده است. همچنین، افزایش میزان آلومینیوم منجر به کاهش مغناطش اشباع و تضعیف خواص مغناطوگرمایی شده است، به گونه‌ای که با افزودن آلومینیوم به میزان1/5 درصد اتمی، مغناطش اشباع از eum/g 49 به eum/g 5/8، تغییرات آنتروپی مغناطیسی از J/kg.K 3/04 به J/kg.K 1/11 و ظرفیت سرمایشی از J/kg 109/83 به J/kg 8/1 رسیده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Evaluation of solid-state magnetic refrigeration properties in Ni-Mn-In-Al Heusler alloy: First-order magneto-structural transformation and second-order magnetic transition

نویسندگان English

Milad Arman 1
Farzad Shahri 2
Reza Gholamipour 2
Sajad Sohrabi 3
1 Ph.D. candidate-Department of Advanced Materials and Renewable Energy-Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST)
2 Associate Professor-Department of Advanced Materials and Renewable Energies-Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST),
3 Research Associate,-College of Mechatronics and Control Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China.
چکیده English

In this paper, the solid-state magnetic refrigeration properties of Ni50Mn34In16-xAlx (x=0, 0.5, 1, and 1.5 at.%) was evaluated. For this purpose, bulk samples with a diameter of 8 mm were fabricated using a suction-melting system. A homogenization annealing process was carried out at 1073 K for 4 hours in a tube furnace under an Argon gas atmosphere. XRD and FE-SEM were used for structural and microstructural characterization at room temperature. DSC was employed to study the phase transformation in the temperature range of 200-375 K with a cooling rate of 10 K/min. Temperature-dependent magnetic properties were evaluated using a magnetic property measurement system (MPMS) under a constant magnetic field of 2 T at a temperature range of 175-375 K with a cooling rate of 3 K/min. Furthermore, the magnetic and magnetothermal properties were analyzed using a VSM equipped with a cooling-heating system at the magneto-structural transformation and magnetic phase transition temperature range. The results indicated that the doping of Al led to the formation of the martensite phase at ambient temperature. It was also observed that with increasing Al the characterization temperatures of the first-order phase transformation decreased. The substitution of In by Al resulted in a gradual decrease in saturation magnetization and a weakening of magnetocaloric properties. As the Al content was increased to 1.5 at. %, the saturation magnetization decreased from 49 eum/g to 8.5 eum/g, the magnetic entropy change decreased from 3.4 J/kg·K to 1.1 J/kg·K, and the refrigeration capacity reached from 109.83 J/kg to 8.1 J/kg.

کلیدواژه‌ها English

Magnetic and magnetocaloric properties
Magneto-structural transformation
Aluminum (Al)
Ni-Mn-In-Al Heusler alloy

24


مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 05 شهریور 1403

  • تاریخ دریافت 21 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 04 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 05 شهریور 1403