Co掺杂对NiMnIn磁形状记忆合金相变性能的影响

山西中北大学材料科学与工程学院　　沈渊　张宝红*

Co掺杂对NiMnIn磁形状记忆合金相变性能的影响

山西中北大学材料科学与工程学院沈渊张宝红*

本文采用电弧熔炼的方法制备了不同Co原子含量掺杂的Ni50Mn37In13磁形状记忆合金，使用示差扫描量热仪（DSC）测量合金马氏体相变的温度。研究结果表明：Co原子掺杂改变了合金的价电子浓度和结构，使合金马氏体相变温度降低。

磁形状记忆合金；相变；价电子浓度

引言

近年来，非平衡态的NiMnX（X=In、Sn、Sb）哈斯勒形状记忆合金中实现了磁场诱导的马氏体相转变，引起了科学家们极大的研究兴趣［1］。这种相变的特性使他们表现出数种新奇的物理效应，如磁形状记忆效应［2］、可逆的磁卡效应［3］、巨大的磁电阻效应［4］和交换偏置效应［5］。这些物理效应都是基于合金的马氏体、奥氏体转变，转变过程中伴随着结构、磁性能的变化。我们通过在Ni50Mn37In13哈斯勒合金中Ni原子位置上掺杂Co原子，研究了其对NiMnIn磁形状记忆合金相变性能的影响规律。

1　实验方法

实验采用电弧熔炼的方法制备Ni50-xCoxMn37In13（x=0～7. 2）合金。Ni、Co、Mn、In四种元素的纯度均为99.99%。按照不同的原子比配料后，放入电弧炉铜坩埚中，熔炼5次获得成分混合完全的合金铸锭。为了保证成分的均一性，把合金铸锭放入管式退火炉中通氩气在900℃退火24小时。用示差扫描量热仪（DSC）测量合金相变的温度。

2　结果与讨论

图1（a）展示了DSC测试的不同成分合金的相变温度，可以发现随着Co含量的升高，相变温度逐渐降低。升温和降温的曲线峰值没有完全重合，存在一定的回滞，表明相变是一级相变。图1（b）为马氏体转变温度与价电子浓度的关系。马氏体转变温度随着价电子浓度的增大而升高，表明Co原子占据了部分Ni原子的位置，改变了合金的价电子浓度，引起了相变温度的变化。图1（c）为马氏体、奥氏体转变前后熵变化值与Co原子含量的关系。

在Co原子含量超过6%的合金中，熵变值急剧增加，说明此时相变前后合金的结构发生了较大的变化。图1（a）Ni50-xCoxMn37In13合金的DSC曲线，（b）马氏体转变温度与价电子浓度的关系，（c）相变前后熵值的变化与Co原子含量的关系。

3　结论

本文采用电弧熔炼的方法制备了不同成分的Ni50-xCoxMn37In13合金。研究了该合金的马氏体相变温度与Co原子含量的关系。研究结果表明，Co原子替换部分Ni原子后，改变了合金的价电子浓度和结构。马氏体相变温度发生改变，随Co原子含量的增加而减小，且Co原子含量超过6%时，相变前后的熵值急剧增大。

［1］铁磁形状记忆合金的磁性和马氏体转变［J］.应用物理快报，85（19），4358，（2004）.

［2］磁场通过可逆相变诱导的形状恢复 ［J］.自然，439（7079），957-960（2006）.

［3］中大的可逆磁卡效应 ［D］.应用物理，40（7），1869-1873 （2007）.

张宝红