Ni45Mn44-xFexSn11合金条带马氏体相变研究(3)
图1.1 Heusler合金Ni-Mn-Sn L21结构
另一方面，Ni-Mn-Sn 哈斯勒合金是一种有较大的磁热效应的合金。随着温度的变化，Ni-Mn-Sn哈斯勒合金经历了结构相变和磁相变，即马氏体与奥氏体、铁磁性与顺磁性相互转变，在Ni-Mn-Sn合金发生马氏体结构相变时，磁化强度也会发生突变，从而导致巨磁热效应。据文献报道，马氏体相变温度和磁相变对合金的价电子浓度十分敏感[7]。这里的价电子是3d过渡金属Ni、Mn的3d、4s电子和Sn的5s和5p电子。电子浓度增加也会导致马氏体相变温度增加。要改变合金的价电子浓度有两种方法:掺杂间隙原子和原子替代。
1.1.3 Ni-Mn-Sn研究现状与发展
在最近的报道中，K. Koyama[8]课题组在Ni-Mn-Sn 合金中观察到了较大磁场诱导马氏体相变。使Ni-Mn-Sn合金成为铁磁形状记忆合金中的一个新的研究热点。在上个世纪八十年代，T. Kaneko等人就研究了Ni2MnGa合金的压力的变化与居里点变化的关系，居里温度为342K时，得到其压力系数为1.6×10-3 kbar-1。后来，Y. Sutou等人在Ni50Mn37Sn13发现了三重马氏体相变[9]，XRD和TEM证明该合金在马氏体状态时为四层正斜方晶结构。2006年，K. Koyama研究小组报道了在 Ni50Mn36Sn14合金中观察到磁场诱导的逆马氏体相变，以及高场下的巨磁电阻。2007年，Z. D. Han则观察到铁磁合金Ni50-XMn39+XSn11，在低场下得到比较大的磁熵改变，以及低的能耗，让这种材料成为磁制冷剂未来发展的重要材料。
1.2 研究目的及内容
Ni-Mn-Sn系列合金存在的磁诱导马氏体转变，其磁性变化与其内部晶格关系存在密切联系，是一种重要的磁控形状记忆合金。
Mn原子的磁性是Ni-Mn基哈斯勒合金的磁性主要来源。在Ni2MnSn哈斯勒合金的晶格结构中。如同上面描述的一样，最相邻Mn原子的八个原子是Ni，次相邻的优尔个原子是Sn原子，而Mn原子之间是第三紧邻的。由于Mn原子之间间距较大，原子间的d-d耦合作用就不能发生，Mn原子之间的铁磁耦合作用是通过巡游电子来完成的。
在最近的研究中，我们了解到，利用第三主族元素部分替代Ni44Mn45Sn11合金的Sn元素，In、Ga等元素的价电子较少，原子半径相较于Sn也较小。掺杂后，合金晶格体积减小，价电子浓度随之降低。但是，观察到的相变温度并不会随某一种变量的变化而单调下降或者上升。所以，我们可以猜想，对Sn元素的替代的这两种变化均不能独立说明Ni-Mn-Sn合金马氏体相变的温度变化规律。
另一方面，国内外的研究者使用Fe、Co、Cr等金属部分替代Ni-Mn-Sn合金中的Mn，成功的调节了马氏体的相变温度，提高了合金性能[10]，研究指出，对Mn的替代对晶格尺寸改变不大，而价电子对马氏体相变的影响规律可以阐述为，明确价电子浓度及Mn原子之间的距离影响铁磁与反铁磁相互作用的强弱[11]。价电子浓度升高，铁磁交换作用增加，马氏体的相变温度也会随之提高。但是，晶格对相变温度的影响并非是完全没有的，一定条件下，晶格收缩，Mn原子间距降低，也导致相变温度升高。因此，可以认为合金的价电子浓度和晶格尺寸(Mn-Mn间距)是影响其马氏体相变的两种主要因素。调节Ni、Mn的配比，以及其它过渡金属元素部分取代Ni 、Mn是调节马氏体相变温度和提高其性能的常见方法[12]。
通过以上分析，我们了解到，晶格大小和价电子浓度都对相变温度又一定影响，在一定的适用范围内，可以对马氏体相变温度进行定性的解释，但是其解释仍然还有一些局限性，目前，在这个领域的系统研究还比较少，综合二者之间的关系还没有理清楚，系统调节马氏体相变的方法仍不清楚，因此对马氏体相变的研究具有重要意义。本文在Ni45Mn44Sn11掺杂Fe元素，取代Mn，研究了Fe掺杂对Ni45Mn44Sn11合金的磁性能、结构、相变的影响。