Mn_2NiGa的掺杂改性

【摘要】：铁磁性形状记忆合金是一种新型的磁驱动记忆材料,继第一个铁磁性形状记忆合金Ni_2MnGa被开发之后,人们又陆续研究开发了Ni系、Co系等系列合金,并对这些材料的结构、马氏体相变、磁性等物理性质进行了报道。 Mn_2NiGa与Ni_2MnGa不仅在成分上不同,其晶体结构也不同于传统的L2_1结构,而是Hg_2CuTi型结构,该结构中的Mn(A)和Mn(B)原子成反铁磁耦合,降低了材料的饱和磁化强度,不利于获得大的磁感生应变,从而影响材料的形状记忆效应。 通过对合金进行掺杂,有助于改善合金的物理性质,为了改善材料的性能和开发新材料,本工作重点对Mn_2NiGa合金进行掺杂Re元素的试验,制备了Mn_(50-x)Re_xNi_(25)Ga_(25)(x=1,2,3,4,5,6)和Mn_(50)Ni_(25-x)Re_xGa_(25)(x=1,2,3,4,5,6)两个系列的合金,研究了掺杂Re元素之后合金的晶体结构、马氏体相变、磁性等物理性质的变化。经研究发现,Re元素的加入没有破坏合金原有的Hg_2CuTi结构,但是晶格参数变大,其中Mn_(50)Ni_(25-x)Re_xGa_(25)(x=1,2,3,4,5,6)这一系列合金的晶格参数变化程度更大一些。掺杂元素对合金的马氏体相变温度也产生了一定的影响,另外我们发现,掺Re之后的合金对应力更加敏感,易形成应力诱发马氏体。而合金的磁性与掺杂前的基体材料相比也产生了复杂的变化。 除了实验,我们还从理论计算的角度,研究了Re对Mn_2NiGa物理性质的影响。为了简化计算我们采用极值的办法,即Re元素的取代量达到100%,因此我们分别计算了Mn_2ReGa(取代Ni元素)、MnReNiGa(取代Mn元素)两种合金中Re占据不同晶位时的能量及磁矩,通过对计算结果的分析,我们得出,Re在合金中倾向于占据A、C晶位,此时合金的自由能较低,并且通过对Re元素占位方式的研究,我们较好的解释了掺杂Re之后合金磁性及马氏体相变等性质发生的变化。 除此之外,我们同样也研究了Al、Sn、Ge以及Tb、Dy等元素对Mn_2NiGa的影响,发现Al、Tb、Dy元素使基体材料形成了两种结构的马氏体,而Sn、Ge元素使合金马氏体相变温度提高,Sn元素还同时改变了材料对应力的敏感程度,从而使得室温XRD衍射图谱中马氏体的特征峰强度很弱。