(Co,Ni)Mn(Si,Ge)合金中的磁相变，磁熵变和磁致应变的研究

磁致伸缩材料在交流磁场的作用下可以实现从磁电能到机械能的高效转换，在声纳换能器、微位移驱动、减震防噪、自动化控制等高技术领域有着广阔的应用前景。稀土基合金往往具有巨大的磁致伸缩效应，但是其价格高昂且易氧化。因此，过渡族合金的磁致伸缩效应成为了近年来的研究热点。本课题拟以(Co,Ni)Mn(Si,Ge)一级相变合金体系为研究对象，从相变类型、磁结构、微结构、相组成等角度，探讨调控相变温度、拓展相变温区、降低变磁性临界场和热滞磁滞的规律。并以场致变磁相变为机制，开发在室温和低场条件下具有大应变、宽温区、高回复能力的，综合性能优异的新型廉价磁致伸缩材料。此外，基于磁热效应的磁制冷技术是绿色环保的新一代制冷技术。本课题将在该过渡族合金体系中，探索具有较大低场磁熵变和制冷温区、较低热滞磁滞的新型磁制冷材料。

本项目围绕(Co,Ni)Mn(Si,Ge)合金体系的磁相变和相关物理效应展开研究。为探讨TiNiSi-Ni2In型磁结构相变的调控机制，研究了Mn1+xNi1-xGe和Mn1-xNi1+xGe系列合金的磁有序态和晶格结构随成分的变化关系，在Mn1+xNi1-xGe合金中获得了“铁磁-顺磁型”磁结构相变。结果表明，虽然Mn和Ni原子半径不同，但是Mn和Ni的相互取代都可以降低结构相变温度，我们认为这与母合金中的螺旋反铁磁序的破坏引起的晶格畸变有关。我们研究了MnNiGe1-xGax合金体系中的磁结构相变和磁熵变，发现Ga原子的掺入减小了晶胞体积，产生了正化学压力，提高了Ni2In相在低温的稳定性，进而在合适的成分范围内产生了“反铁磁-铁磁型”磁结构相变和较大的低场磁熵变。我们探索了一类MnNiSi基新型磁结构相变合金。通过采用“同结构合金化”的方法，我们在MnNiSi-FeNiGe体系中获得了“铁磁-顺磁型”磁结构相变和较大的低场磁熵变。该相变可以被磁场诱导，伴随着巨大的各向异性晶格畸变和晶胞体积的跃变。我们在此基础上优化了(Mn,Fe)Ni(Si,Ge)双掺杂合金体系的Fe和Ge元素含量，在维持室温附近的“铁磁-顺磁型”磁结构相变和巨磁熵变的前提下，大幅降低了贵重金属元素Ge的含量，降低了该合金体系的材料成本。我们首次报道了无锗合金体系Mn0.5Fe0.5Ni(Si,Al)中的磁结构相变和巨磁熵变。与MnNiGe基和MnCoGe基合金相比，该合金体系具有明显的成本优势。我们发现该体系的磁结构相变温度和热滞与热循环次数密切，并且该现象只存在于大块多晶样品中。在分析了磁结构相变的各向异性晶格畸变基础上，我们探讨了内应力的积累和释放的机制，提出了一种降低磁结构相变势垒、提高相变可逆度的可能途径。此外，我们还研究了Ni-Mn-Ga铁磁形状记忆合金的零场冷交换偏置效应，研究了Gd3In合金的磁相变与磁熵变。