(Luận văn) nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hợp kim heusler ni mn (ga,al…)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2022 Người cam đoan lu Bùi Thị Ngọc Lan an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Hải Yến GS.TS Nguyễn Huy Dân, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tận tình hướng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi sở đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt lu Nam an Luận văn thực với h trợ kinh ph Viện Hàn lâm Khoa va n học Công nghệ Việt Nam với đề tài mã số ĐLTE00.03/20-21 Quỹ Phát triển tn to khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.02- ie gh 2019.344 Công việc thực nghiệm thực Phịng thí nghiệm trọng điểm p Vật liệu linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu nl w Sau cùng, xin cảm ơn Ban giám hiệu trường THPT Tân Lập, người thân, d oa đồng nghiệp bạn bè lời cảm ơn chân thành Chính tin yêu mong đợi văn ll u nf va an lu gia đình, đồng nghiệp bạn bè tạo động lực cho thực thành công luận oi m Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2022 z at nh Học viên z m co l gm @ Bùi Thị Ngọc Lan an Lu n va ac th si MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM NHỚ HÌNH HEUSLER NỀN Ni-Mn 1.1 Tổng quan hợp kim nhớ hình 1.1.1 Hiệu ứng nhớ hình hợp kim 1.1.2 Cơ chế biến đổi pha hợp kim nhớ hình 1.1.3 Lịch sử phát triển nghiên cứu hợp kim nhớ hình 1.1.4 Ứng dụng hợp kim nhớ hình 10 1.2 Tổng quan hợp kim nhớ hình Heusler Ni-Mn 15 lu an 1.2.1 Cấu trúc hợp kim Heusler Ni-Mn 15 n va 1.2.2 Tính chất từ hợp kim Heusler Ni-Mn 18 gh tn to 1.2.3 Một số kết nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ hiệu ứng nhớ hình hợp kim Heusler Ni-Mn 21 p ie Chương 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 28 w 2.1 Chế tạo mẫu 28 oa nl 2.1.1 Tạo hợp kim ban đầu 28 d 2.1.2 Phun băng nguội nhanh 29 lu va an 2.2 Các phép đo khảo sát mẫu 32 u nf 2.2.1 Phép đo khảo sát cấu trúc nhiễu xạ tia X 32 ll 2.2.2 Phép đo khảo sát cấu trúc kính hiển vi điện tử quét 34 oi m 2.2.3 Phép đo khảo sát tính chất từ 35 z at nh Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 z 3.1 Cấu trúc tính chất từ hợp kim nhớ hình Heusler Ni50Mn50-xGax 37 @ l gm 3.1.1 Cấu trúc hợp kim nhớ hình Heusler Ni50Mn50-xGax 37 3.1.2 Tính chất từ hợp kim nhớ hình Heusler Ni50Mn50-xGax 39 m co an Lu 3.2 Ảnh hưởng Co lên cấu trúc tính chất từ hợp kim nhớ hình Heusler Ni50-xCoxMn29Ga21……………………………………………………………………………………41 n va ac th si 3.2.1 Ảnh hưởng Co lên cấu trúc hợp kim nhớ hình Heusler Ni50xCoxMn29Ga21 41 3.2.2 Ảnh hưởng Co lên tính chất từ hợp kim nhớ hình Heusler Ni50xCoxMn29Ga21 45 KẾT LUẬN ………………………………………………………………………51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu A: Autenit lu an n va Độ bán rộng đỉnh nhiễu xạ AS: Nhiệt độ bắt đầu pha autenit Af : Nhiệt độ kết thúc pha autenit M: Mactenxit MS: Nhiệt độ bắt đầu pha mactenxit Mf : Nhiệt độ kết thúc pha mactenxit TCA: Nhiệt độ Curie pha autenit TCM: Nhiệt độ Curie pha mactenxit : Góc nhiễu xạ Bragg Danh mục chữ viết tắt p ie gh tn to Β: Phổ tán xạ lượng tia X EDX: w nl Sắt từ oa FM: Hợp kim nhớ hình từ t nh d MSMA: Hiển vi điện tử quét ll u nf SEM: Thuận từ va an lu PM: Hợp kim nhớ hình SME: Hiệu ứng nhớ hình XRD: Nhiễu xạ tia X VSM: Hệ từ kế mẫu rung oi m SMA: z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sự phân loại số hợp kim Heusler dựa trật tự từ Bảng 2.1 cấu trúc tinh thể………………………………………………… 20 Các mẫu chế tạo phương pháp phun băng nguội nhanh…………………………………………………………… 32 Bảng 3.1 Thành phần hóa học xác định qua phép phân tích EDX hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 tỷ lệ số electron hóa trị m i nguyên tử (e/a)……………………………………… 45 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hiệu ứng nhớ hình hợp kim [19].……… …… … Hình 1.2 Sự biến đổi pha hợp kim nhớ hình dạng NiTi [20]……… Hình 1.3 Giản đồ chiều dịch chuyển theo sức căng…………… Hình 1.4 Hai chế trượt (a) kết cặp (b)…………………………… Hình 1.5 Quá trình biến dạng song tinh mactenxit …………………… Hình 1.6 Lịch sử trình phát hợp kim nhớ hình……… Hình 1.7 Một số ứng dụng hợp kim nhớ hình y-sinh: Ống nong động mạch, neo xương, niềng [23]………………… lu an Hình 1.8 a, b) Nitinol stent, c) stent Nitinol gấp khúc………………… Hình 1.9 Các dụng cụ thay đổi độ cong phẫu thuật nội soi 10 11 va a) Dao mổ, b) Bộ chuyền khâu, c) Bộ truyền động linh hoạt n cho giá đỡ khớp nối [33]……………………………………… 11 Nguyên mẫu nguyên lý hoạt động clip tự đóng cho MIS gh [36]……………………………………………………………… 12 Hình 1.11 Kẹp nối thơng ruột kết hình dạng mở (a) đóng (b) 13 tn to Hình 1.10 p ie 13 d Bộ điều khiển vi mô với bậc tự do: A Ngón tay; B Khuỷu an lu Hình 1.13 Hệ thống kẹp kiểm sốt xuất huyết tiêu hóa [38]…………… oa Hình 1.12 nl w [37]…………………………………………………………… tay; C Vai; a Lò xo xoắn hợp kim Ti-Ni; b lò xo nghiêng; va c Bánh xe siết van; d Dây hợp kim Ti-Ni [39]……………… u nf Bộ điều nhiệt hợp kim nhớ hình: a Van ch nh; b Lị xo quay lại; ll Hình 1.14 14 m oi c Van phụ; d Thùng chứa; e Thanh đẩy; f vị tr lò xo; g Nguyên z at nh tố hợp kim nhớ hình [39]……………………………………… Hình 1.15 15 Cấu trúc tinh thể hợp kim Heusler dạng X2YZ (a) XYZ z (b) [40]………………………………………………………… Hình 1.16 gm @ 16 Cấu trúc mạng tinh thể kiểu L21 hợp kim Heusler đầy đủ l m co Khi nguyên tử X2 khuyết ta cấu trúc mạng tinh thể kiểu C1b hợp kim bán Heusler (X1, X2 k hiệu an Lu nguyên tử nguyên tố X) [40]……………………………… 17 n va ac th si Cấu trúc mạng tinh thể kiểu: (a) L21, (b) C1b (c) Ba kiểu có Hình 1.17 thể cấu trúc bất trật tự B2 (I, II III) [8]………………… 18 Giản đồ XRD nhiệt độ phịng hợp kim Ni50+xMn27-xGa23 Hình 1.18 với x = -2 (a), x = (b), x = 2.7 (c) x = (d) [13]………… 22 Sơ đồ mối quan hệ cấu trúc L21 D022, cấu trúc Hình 1.19 L21 4O 6M [13]……………………………………… 23 Các đường cong M(H) hợp kim Ni50+xMn27-xGa23 với x ≤ Hình 1.20 x ≥ (b) đo K trường lên đến 50 kOe, phụ thuộc nồng độ mô men từ tự phát m i đơn vị K (c) [13]…………………………………………………… 24 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ độ từ thẩm μ (a) từ độ M (b) lu Hình 1.21 an va đo từ trường kOe với x = (Ni51Mn26Ga23) n [13]…………………………………………………………… Sự phụ thuộc vào nhiệt độ độ cảm từ với hợp kim gh Ni50Mn30Ga20, hợp kim Ni45Co5Mn30Ga20 Ni43Co7Mn30Ga20 tn to Hình 1.22 26 ie p () [56]………………………………………………………… Ảnh hưởng nồng độ Co tỷ lệ e/a lên (a) Từ hóa bão hịa nl w Hình 1.23 26 oa (b) Nhiệt độ chuyển pha M-A (c) Nhiệt độ Curie d mẫu Ni2(Mn,Co)Ga xử lý điều kiện khác lu va an Các giá trị e/a cho thành phần trung bình tương ứng 27 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu hồ quang.……………………………… 29 Hình 2.2 Sơ đồ mơ tả hệ phun băng nguội nhanh……………………… Hình 2.3 (a) Thiết bị phun băng nguội nhanh: (1) hệ hút chân không, (2) ll u nf đưa trục x [58]…………………………… m oi 30 z at nh buồng tạo băng, (3) hộp điều khiển, (b) ảnh bên buồng z gm @ phun băng: (4) lăn, (5) cuộn cao tần, (6) ống thạch anh 31 l Mơ hình hình học tượng nhiễu xạ tia X……………… Hình 2.5 Thiết bị nhiễu xạ tia X Equinox 5000………………………… Hình 2.6 Các t n hiệu thứ cấp nhận từ mẫu tác dụng 33 m co Hình 2.4 34 an Lu chùm điện tử sơ cấp lượng cao (chùm điện tử tới)……… 34 n va ac th si Hình 2.7 K nh hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800………………… 35 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ từ kế mẫu rung (VSM) 35 Hình 3.1 Giản đồ XRD băng hợp kim Ni50 Mn50-xGax (x = 17, 18, 19, 20 21)……………………………………………… 37 Các cong từ trễ nhiệt độ phòng hợp kim Ni 50 Mn50- Hình 3.2 x Ga x (x = 17, 18, 19, 20 21)…………………………… 38 Đường cong từ nhiệt Ni50Mn50- xGax (x = 17, 18, 19, 20 Hình 3.3 21) dải băng hợp kim từ trường tác dụng 80 Oe (a), 1Oe (b) 10 Oe (c)……………………………………… 39 Đường cong từ nhiệt dải hợp kim Ni50Mn30Ga20 Hình 3.4 lu trường từ khác khoảng 0,1-10 kOe…………… 41 an Giản đồ XRD hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 (x = 0, 2, 4, Hình 3.5 va n 8)……… .……………………………………………… gh tn to Ảnh SEM mặt cắt ngang băng hợp kim Ni50- Hình 3.6 xCoxMn29Ga21 ie với x = (một), x = (b), x = (c), x = (d) x = (e)……………………………………………………… p 43 Quang phổ EDX Ni50-xCoxMn29Ga21 ruy băng với x = nl w Hình 3.7 42 (một), x = (b), x = (c)………………………………… oa Đường cong từ nhiệt hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 với x d Hình 3.8 44 lu = 0, 2, (a) x = 6, (b) từ trường kOe…………… Đường cong từ nhiệt băng hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 u nf Hình 3.9 va an 46 ll (x = 0, 2, 4, số 8) từ trường kOe (a, b) 10 kOe m (c, d)…………………………………………………………… oi 47 Đường cong từ nhiệt băng hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 với z at nh Hình 3.10 x = từ trường khác khoảng 0,1-4 kOe z (a) 6-10 kOe (b)…………………………………………… @ 48 Đường cong từ trễ (a) phụ thuộc từ độ vào từ trường l gm Hình 3.11 dải từ trường từ đến kOe (b) nhiệt độ phòng hợp kim băng m co Ni50-xCoxMn29Ga21 ( x = 0, 2, 4, 6, 8)………………………… 49 an Lu n va ac th si MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu cơng nghệ nói chung vật liệu nhớ hình nói riêng có ý nghĩa vơ quan trọng sống loài người Chúng đa dạng, phong phú khơng ngừng nghiên cứu để hồn thiện Trong xu phát triển chung đó, vật liệu nhớ hình có hợp kim Heusler Ni-Mn-(Ga, Al…) tạo nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao người sống “xanh” đại Hợp kim nhớ hình (SMA) hợp kim mà sau bị biến dạng có khả khơi phục lại hình dạng ban đầu tác động nhiệt độ từ trường Nguồn gốc hiệu ứng nhớ hình (SME) biến đổi cấu trúc tinh thể vật lu an liệu nhiệt độ từ trường tác dụng lên [1-10] Các hợp kim nhớ hình có n va thể tồn hai pha tinh thể khác bao gồm pha mactenxit (ổn định nhiệt độ thấp) pha autenit (ổn định nhiệt độ cao hơn) [1-10] Các SMA có khả ie gh tn to ứng dụng nhiều lĩnh vực y sinh, hàng không vũ trụ, vi điện tử, tự động hóa: chỉnh nha, neo xương, van tự động, cảm biến nhiệt, ống nano, rô bốt… p Các hợp kim Heusler Ni-Mn-(Ga, Al…) quan tâm nghiên cứu chúng có nhiều hiệu ứng vật lí lý thú cho nghiên cứu ứng dụng: hiệu ứng nhớ hình (Shape Memory Effect - SME), hiệu ứng từ nhiệt (Magnetocaloric Effect - MCE), hiệu ứng áp-nhiệt (Barocaloric Effect), hiệu ứng siêu đàn hồi từ (Magnetic Superelastic Effect)… Gần đây, hiệu ứng nhớ hình từ tính (MSME) hợp kim Heusler tập trung nghiên cứu [3-5] Ưu điểm hợp kim SME chúng kích thích khơng nhiệt độ mà cịn từ trường Với kích thích từ trường, thời gian đáp ứng SME nhanh d oa nl w ll u nf va an lu m oi xác so với trường hợp kích thích nhiệt độ z at nh Bên cạnh đó, thời gian sử dụng lâu hơn, khả tạo biến dạng ứng suất lớn nhiều so với vật liệu từ giảo hay áp điện Do đó, chúng có lợi ứng dụng lĩnh vực cảm biến, điều khiển, truyền dẫn chuyển đổi lượng Thông thường, MSME xảy vật liệu có chuyển pha từ pha thuận từ sắt từ yếu sang pha sắt từ Các trình chuyển pha từ trải qua thay đổi cấu trúc chuyển pha bậc Trong hợp kim Heusler, MSME xảy thông qua biến đổi cấu trúc mactenxit-autenit (M-A) tương tác từ vật liệu [6, 7] Để đưa loại vật liệu vào ứng dụng, người ta phải kiểm soát z m co l gm @ an Lu n va biến đổi pha cấu trúc chuyển pha từ tính chúng, có nghĩa người ta phải tạo vật liệu có nhiệt độ biên độ chuyển pha mong muốn [8–9] MSME ac th si 43 hướng tốt hạt SMA có lợi cho số ứng dụng thực tế chúng Bên cạnh đó, lưu ý kết tinh theo hướng hạt giảm tăng nồng độ Co Hợp phần thực băng hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 kiểm tra phổ tán sắc lượng tia X (EDX) lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z gm @ m co l Hình 3.6 Ảnh SEM mặt cắt ngang băng hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 với x = (một), x = (b), x = (c), x = (d) x = (e) an Lu n va ac th si 44 Hình 3.7 phổ EDX ba mẫu đại diện với x = (a), x = (b) x = (c) Kết thu cho thấy phần trăm nguyên tử nguyên tố thu từ EDX gần phù hợp với thành danh định ban đầu Các đỉnh phổ EDX tương ứng với nguyên tố Ni, Co, Mn Ga, không xuất nguyên tố lạ khác Từ liệu EDX, tỉ lệ nồng độ điện tử nguyên tử (e/a) tính tốn (Bảng 3.1) Các cấu hình điện tử hóa trị sử dụng cho Ni, Mn, Ga Co 3d84s2 , 3d54s2 , 3d24s1 3d74s2 Kết thu cho thấy tỷ lệ e/a giảm nồng độ Co tăng Theo nghiên cứu trước đây, nhiệt độ chuyển đổi từ chuyển đổi cấu trúc phụ thuộc mạnh vào nồng độ điện tử hóa trị m i nguyên tử (e/a) khoảng cách nguyên tử Mn-Mn [18, 62] Sự thay Co cho Ni làm giảm tỉ số e/a băng hợp kim Kết là, hình thành lu pha autenit băng hợp kim cải thiện đáng kể nồng độ Co tăng lên Đây phù hợp với phân tích cấu trúc an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z l gm @ m co Hình 3.7 Quang phổ EDX Ni50-xCoxMn29Ga21 ruy băng với x = (một), x = (b), x = (c) an Lu n va ac th si 45 Bảng 3.1 Thành phần hóa học xác định qua phép phân tích EDX hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 tỷ lệ số điện tử hóa trị nguyên tử (e/a) x (%) Ni (%) Co (%) Mn (%) Ga (%) e/a 49,57 29,17 21,26 7,64 47,62 2,03 29,26 21,09 7,62 45,72 4,08 29,08 21,12 7,61 43,56 6,05 29,21 21,18 7,58 41,24 8,08 29,44 21,24 7,53 lu an n va gh tn to 3.2.2 Ảnh hưởng Co lên tính chất từ hợp kim nhớ hình Heusler Ni50xCoxMn29Ga21 Các nghiên cứu trước cho thấy hai pha autenit mactenxit có ie p thể tồn hợp kim Heusler [41] Pha autenit có tính sắt từ mạnh, pha mactenxit có tính sắt từ phản sắt từ yếu [41] Pha autenit tồn nhiệt độ cao so với pha mactenxit [41] Hầu hết hợp kim Heusler trải qua oa nl w d trình chuyển đổi mactenxit-autenit bậc (M-A) nhiệt độ TM-A bậc hai sắt Trong đốt nóng an lu từ-thuận từ (FM-PM) giai đoạn chuyển tiếp nhiệt độ va nóng, giai đoạn autenit bắt đầu hình thành nhiệt độ bắt đầu autenit ( ) kết ll u nf thúc nhiệt độ kết thúc autenit ( ) Do đó, cách khảo sát phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ, M(T), quan sát chuyển pha từ tính m oi cấu trúc hợp kim Hình 3.8 cho thấy đường cong M(T) dải băng hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 (x = 0, 2, 4, 8) từ trường tác dụng kOe Với z at nh gia tăng nhiệt độ, có thay đổi giống bước nhảy độ từ hóa từ z đến Đây đặc điểm biến đổi cấu trúc M-A, thường quan sát thấy hợp kim Heusler biến đổi thường diễn pha mactenxit FM yếu pha autenit FM mạnh[41] Sau đó, từ độ đường cong M(T) giảm xuống l gm @ chất PM vật liệu Đáng m co gần không nhiệt độ chuyển pha an Lu ý, có hai bướu đánh dấu * hình 3.8a Điều liên quan đến diện cụm FM t nh không đồng cấu trúc tinh thể Đặc n va ac th si 46 điểm quan sát từ trường thấp biến từ trường đủ cao Bên cạnh đó, thấy chuyển đổi pha M-A xuất tất , xác định từ điểm cực đại đường mẫu, ngoại trừ mẫu có x = cong dM/dT(T) (hình 3.8b), giảm từ 330 K xuống 205 K nồng độ Co tăng từ đến 6% Tại băng hợp kim điều chỉnh nhiệt độ phòng với thêm vào Co lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z l gm @ Hình 3.8 Đường cong từ nhiệt hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 với x = 0, 2, (a) x = 6, (b) từ trường kOe m co phụ thuộc mạnh tỷ lệ e/a hợp kim Heusler Theo kết thu (Bảng 3.1), thay Co cho Ni làm giảm tỉ lệ e/a hợp kim Do đó, nồng độ Co tăng, biến đổi cấu trúc M-A chuyển dịch phía nhiệt độ an Lu n va ac th si 47 thấp không xuất đo nhiệt độ mẫu x = Nhiệt độ cường đáng kể Co thêm vào Giá trị tăng cho mẫu có x = 0, 2, 4, 355, 365, 390, 412 432 K, cách tương ứng Sự thay phần Ni Co ảnh hưởng đến tương tác từ pha autenit mactenxit, làm suy yếu tính chất sắt từ pha mactenxit tăng tương tác sắt từ pha autenit Kết nhiệt độ Curie pha autenit băng hợp kim tăng lên nồng độ Co tăng lên lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z @ l gm Hình 3.9 Đường cong từ nhiệt băng hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 (x = 0, 2,4, số 8) từ trường kOe (a, b) 10 kOe (c, d) m co Với tăng từ trường, chuyển pha M-A hợp kim bị ảnh hưởng đáng kể, chuyển pha FM-PM pha autenit không thay an Lu n va ac th si 48 đổi (hình 3.9) Cả biên độ độ rộng chuyển pha M-A giảm từ trường cao 10 kOe Chuyển pha M-A khơng quan sát thấy mẫu có x = Kết phù hợp với kết công bố trước [42] lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh Hình 3.10 Đường cong từ nhiệt băng hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 với x = từ trường khác khoảng 0,1-4 kOe (a) 6-10 kOe (b) z @ m co l gm Để khảo sát thêm ảnh hưởng từ trường lên chuyển pha M-A băng hợp kim, đo loạt đường cong M(T) mẫu đại diện x = từ trường khác khoảng 0.1 đến 10 kOe (hình 3.10) Độ rộng chuyển pha M-A tăng từ trường tăng từ 0.1 đến kOe (hình 3.10a) giảm từ trường nằm khoảng từ 6-10 kOe (hình 3.10b) Điều cho thấy an Lu n va ac th si 49 chuyển pha M-A hợp kim cải thiện đáng kể từ trường có cường độ phù hợp Nhiệt độ dịch chuyển phía nhiệt độ thấp từ trường tăng Như vậy, biến đổi M-A bị ảnh hưởng nhiều từ trường bên Kết tương tự với số kết báo cáo trước [62] lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh Hình 3.11 Đường cong từ trễ (a) phụ thuộc từ độ vào từ trường dải từ trường từ đến kOe (b) nhiệt độ phòng hợp kim băng Ni50xCoxMn29Ga21 ( x = 0, 2, 4, 6, 8) z @ m co l gm Các đường cong từ trễ hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 (x = 0, 2, 4, 6, 8) nhiệt độ phịng trình bày hình 3.11 Kết cho thấy tất mẫu thể từ tính mềm với lực kháng từ nhỏ 100 Oe Từ độ băng hợp kim tăng nồng độ Co tăng Co tăng cường trao đổi tương tác an Lu n va ac th si 50 hầu hết vật liệu sắt từ ngun tố sắt từ mạnh Do đó, thay Co cho Ni làm tăng tương tác sắt từ hợp kim Tại từ trường đặt vào 10 kOe, từ độ (M10 kOe) mẫu với x = 0, 2, 4, 22, 27, 45, 67 76 emu/g Sự phụ thuộc M10 kOe vào nồng độ Co quan sát hình 3.11a Mặt khác, thấy có độ trễ nhỏ đường cong từ trễ x = 0, (hình 3.11b) Điều biến đổi pha siêu từ tác động từ trường bên Độ trễ giảm nồng độ Co tăng Điều tốt cho vật liệu chúng đưa vào ứng dụng thực tế Cấu trúc tính chất từ hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 điều tra với nồng độ Co khoảng 0-8% Pha autenit xác định có cấu trúc lập phương-Ni2MnGa, pha mactenxit có cấu trúc tứ giác-Ni2MnGa Do lu giảm tỷ lệ điện tử hóa trị m i nguyên tử e/a Co thay Ni, nhiệt độ chuyển pha mactenxit-autenit dải hợp kim giảm từ 330 K xuống 205 K an n va nồng độ Co tăng từ đến 6% Co làm tăng đáng kể từ độ nhiệt độ Curie ie gh tn to pha autenit băng hợp kim với giá trị cao tương ứng 102 emu/g 432 K, đạt mẫu có nồng độ Co 8% Chuyển pha cấu trúc hợp kim bị ảnh hưởng đáng kể từ trường bên Nhiệt độ bắt đầu p kết thúc pha autenit có xu hướng thay đổi phía nhiệt độ thấp từ trường tăng Điều làm cho bang hợp kim quan tâm vật liệu tiềm d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 51 KẾT LUẬN Đã chế tạo thành công hệ hợp kim Ni50Mn50-xGax (x = 17, 18, 19, 20 21) Ni50-xCoxMn29Ga21 (x = 0, 2, 4, 8) phương pháp phun băng nguội nhanh Cấu trúc, chuyển pha cấu trúc, chuyển pha từ băng hợp kim NiMn50-xGax (x = 17, 18, 19, 20 21) nghiên cứu Các băng hợp kim thể đa pha với cấu trúc đặc trưng cho pha tinh thể autenit mactenxit Các mẫu thể tính từ mềm với lực kháng từ nhỏ Cả nhiệt độ chuyển pha mactenxit-autenit TM-A nhiệt độ Curie hợp kim tăng nồng độ Ga tăng Nhiệt độ TM-A tăng từ 219 K (với x = 17) lên 322 K (với x = 21) lu Cấu trúc tính chất từ hợp kim Ni50-xCoxMn29Ga21 khảo sát với nồng độ Co khoảng - 8% Pha autenit xác định có cấu trúc lập phương Ni2MnGa, pha mactenxit có cấu trúc tứ giác an n va giá trị cao tương ứng 102 emu/g 432 K, đạt mẫu có p ie gh tn to Ni2MnGa Nhiệt độ chuyển pha mactenxit-autenit dải hợp kim giảm từ 330 K xuống 205 K nồng độ Co tăng từ đến 6% Co làm tăng đáng kể từ độ nhiệt độ Curie pha autenit băng hợp kim với d oa nl w nồng độ Co 8% Chuyển pha cấu trúc hợp kim bị ảnh hưởng đáng kể từ trường bên Nhiệt độ bắt đầu kết thúc pha autenit có xu hướng dịch chuyển phía nhiệt độ thấp từ trường tăng ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Peruman K.V and Mahendran M., 2011, Microstructural analysis and phase transformation in Ni–Mn–Ga ferromagnetic shape memory alloys, Pure Appl [2] Chem 83, 2071 Zhang Y.C., Franco V., Peng H.X and Qin F.X., 2021, Structure and magnetic study of Ni-Mn-Ga/Al composite with modified magnetocaloric [3] properties and enhanced thermal conductivity, Scr Mater 201, 113956 Ju J., Hu L., Bao C., Shuai L., Yan C and Wang Z., 2021, Microstructure and magnetic field-induced strain of a Ni-Mn-Ga-Co-Gd high-entropy alloy, [4] Materials 14, 2514 White B.D., Barabash R.I., Barabash O.M., Jeon I and Maple M.B., 2019, lu Magnetocaloric effect near room temperature in quintenary and sextenary Heusler alloys, Appl Phys 126, 165101 an n va [5] gh tn to [6] Mohd Jani J., Leary M., Subic A and Gibson MA., 2014, A review of shape memory alloy research, applications and opportunities, Mater Des (19802015) 56, 1078 Wei L., Zhang X., Gan W., Ding C., Liu C., Geng L and Yan Y., 2021, Large ie p rotating magnetocaloric effects in polycrystalline Ni-Mn-Ga alloys, J Alloy Comp 874, 159755 [7] Qian M.F., Zhang X.X., Li X., Zhang R.C., Martin P.G., Sun J.F, Geng L, Scot T B and Peng H.X., 2020, Magnetocaloric effect in bamboo-grained Ni-Mn-Ga microwires over a wide working temperature interval, Mater Des 190, 108557 [8] Brzoza A., Wierzbicka-Miernik A., Czeppe T., Cesari E and Szczerba M J., 2019, Magnetocaloric effect in bamboo-grained Ni-Mn-Ga microwires over a wide working temperature interval, Intermetallics 109, 157 [9] Prasad R.V.S., Srinivas M., Raja M.M and Phanikumar G., 2014, Microstructure and magneticproperties of Ni2(Mn, Fe)Ga Heusler alloys rapidly solidi fied by melt spinning., Metall Mater Trans A 45, 2161 [10] Lauhoff C., Reul A., Langenkämper D., Krooß P., Somsen C., Gutmann MJ., Pedersen B., Kireeva L.V et al., 2022, Effects of aging on the stress-induced martensitic transformation and cyclic superelastic properties in Co-Ni-Ga shape memory alloy single crystals under compression, Acta Mater 226, 117623 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 53 [11] Ullakko K., Huang J.K., Kantner C., O’Handley R.C and Kokorin V.V., 1996, Large magnetic‐field‐induced strains in Ni2MnGa single crystals, Appl Phys Lett 69, 1966 [12] Xu X., Nagasako M., Ito W., Umetsu R.Y., Kanomata T and Kainuma R., 2013, Microstructure and magneticproperties of Ni2(Mn, Fe)Ga Heusler alloys rapidly solidi fied by melt spinning, Acta Mater 61, 6712 [13] Umetsu R.Y., Ando H., Yamashita S., Endo K., Nishihara H., Kainuma R., Kanomata T and Ziebeck K.R.A., 2013, Realization of magnetic fieldinduced reversible martensitic transformation in NiCoMnGa alloys, J Alloy Comp 579, 521-28 [14] Fabbrici S., Albertini F., Paoluzi A., Bolzoni F., Cabassi R., Solzi M et al., lu an n va gh tn to 2009, Reverse magnetostructural transformation in Co-doped NiMnGa multifunctional alloys, Applied Physics Letters 95(2), 022508 [15] Fabbrici S., Porcari G., Cugini F., Solzi M., Kamarad J., Arnold Z., Cabassi R., Albertini F et al, 2014, Co-Ni-Mn-Ga Magnetic shape memory alloys: A thorough structural magnetic and magnetocaloric study, Entropy 16(4), 2204 p ie [16] Çakιr A., Righi L., Albertini F., Acet M., Farle M and Aktürk S., 2013, Extended investigation of intermartensitic transitions in Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloys: A detailed phase diagram determination, J Appl Phys 114, 183912 [17] Hrusikesh Nath and Gandham Phanikumar, 2015, Martensite transformation and magnetic properties of Ni-Fe-Ga Heusler alloys, Metallurgical and Materials Transactions 46, 4947 [18] Heczko O., Svec P., Janickovic D and Ullakko K., 2002, IEEE Trans Magn 38, 2841 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh [19] Buehler W.J., Gilfrich J.V., Wiley R.C., 1963, Effect of low-temperature phase changes on the mechanical properties of alloys near composition TiNi, Appl Phys 34, 1475 [20] Lobo P.S., Almeida J., Guerreiro L., 2015, Shape memory alloys behaviour: A review, Procedia Engineering 114, 776 [21] Buehler WJ., Wang FE., 1968, A summary of recent research on the nitinol alloys and their potential application in ocean engineering, Ocean Eng.1, 1058 z m co l gm @ an Lu n va ac th si 54 [22] Liu Y., 2010, Some factors affecting the transformation hysteresis in shape memory alloys, Nova Science Publishers, p 361–9 [23] Ma J., Karaman I., Noebe R.D., 2010, High temperature shape memory alloys, Int Mater Rev 55, 257 [24] Mihálcz I., 2001, Fundamental characteristics and design method for nickeltitanium shape memory alloy, Periodica Polytechnica Ser Mech Eng 45, 75 [25] Bachaga T., Zhang J., Khitouni M., 2019, NiMn-based Heusler magnetic shape memory alloys, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 103, 2761 [26] Lobo P.S., Almeida J and Guerreiro L., 2015, Shape memory alloys behaviour: A review, Procedia Engineering 114, 776 lu [27] Kumar P and Lagoudas D., 2008, Introduction to Alloy Memorial Shapes, In Alloy Shape Memory (Springer, 2008), pp 1–51 an n va [28] Chang C and Read T., 1951, Plastic deformation and non-diffusion phase ie gh tn to change in metals -Yellow beta-cadmium phase, JOM (1), 47 [29] Bever M and Reynolds J., 1952, On the reversal of strain-induced martensite transformation in copper-zinc systems, JOM 4, 1065 p [30] Rachinger W., 1958, Super-elasti single-crystal calibration rod, Br J Appl Physical (6), 250 [31] Wang F.E., Buehler W.J, and Pickart S.J, 1965, TiNi's unique crystal structure and martensite transition, J Appl Physical 36 (10), 3232 [32] Melton K., Simpson J., and Duerig T., 1986, A New Wide Lagged Shape Memory Alloy Based on NiTi and Its Applications, in Proceedings of the International Conference on Martensitic Transforms, ICOMAT-86 [33] Dotter C.T., Buschmann R.W., McKinney M.K., Rosch J., 1983, Expandable Nitinol coil stent implantation, Preliminary report Radiology 147, 259 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh [34] Schatz RA., Palmaz J., Tio FO., 1987, Intravascular stents are balloon dilated in adult dogs Circulating 76 (2), 450 [35] Cragg A., Dake M., 1993, Percutaneous thigh skin graft site, Radiology 187 (3) [36] Song C., Campbell P., Frank T and Cuschieri A., 2002, Thermal modeling of shape memory alloy immobilizers for medical applications, Smart Mater Struct 11, 312 z m co l gm @ an Lu n va ac th si 55 [37] Song C., Frank T and Cuschieri A., 2005, Shape-memory alloy forceps for compression of the colonic anastomosis, J Biomech Eng Trans ASME 127, 351 [38] Kirschniak A., Kratt T and Stuker D.A, 2007, New trans-scope endoscopic clip system for the treatment of GI lesions and bleeding: first clinical experience Gastrointest Endosc 66 (1), 162 [39] Ryhanen J., Kallionen M and Tuukkanen J., 1999, Bone model responses and cell-material interfaces induced by nickel-titanium shape memory alloys after periosteal implantation, Biomaterials 20 (14), 1309 [40] Chernenko V.A., Segui C., Cesari E., Pons J and Kokorin V.V., 1998, Sequence of martensitic transformations in Ni-Mn-Ga alloys, Physical Review B 57, 2659 lu [41] Itoh H., Nakamichi T., Yamaguchi Y and Kazama N., 1983, Diffraction Study of Heusler Type Alloy Mn0.47V0.28Al0.25, Transactions of the Japan an n va institute of metals 24, 265 gh tn to [42] Weht R and Pickett W.E., 1999, Half-metallic ferrimagnetism in Mn2VAl, Phys Rev B 60, 13006 [43] Galanakis I., Ležaić M., Bihlmayer G and Blügel S., 2005, Interface p ie properties of NiMnSb∕InP and NiMnSb∕GaAs contacts, Phys Rev B 71, 214431 [44] Webster P.J and Ziebeck K.R.A., 1988, Alloys and Compounds of dElements with Main Group Elements Part 2, Vol 19c (H P J Wijn, ed.), Springer Berlin Heidelberg, p 111 [45] Ziebeck K.R.A and Neumann K.U., 2001, Alloys and compounds of delements with main group elements Part 2, Vol 32C (H P J Wijn, ed.), Springer Berlin Heidelberg, p 108 [46] Webster P.J and Ziebeck K.R.A., 1988, Alloys and compounds of d-elements d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh with main group elements Part 2, Vol 19c (H P J Wijn, ed.), Springer Berlin Heidelberg, p 100 [47] Ziebeck K.R.A and Neumann K.U., Alloys and compounds of d-elements with main group elements Part 2, Vol 32C (H P J Wijn, ed.), Springer Berlin Heidelberg, p 166 [48] Fujii S., Ishida S and Asano S., 1989, Electronic Structure and Lattice Transformation in Ni2MnGa and Co2NbSn, J Phys Soc Jpn 58, 3657 z m co l gm @ an Lu n va ac th si 56 [49] Tanaka Y., Ishida S and Asano S., 2004, Deep Potential Effect on Magnetism of Binary Including Spintronic Material, Trans Mater Res Jpn 29, 3021 [50] Ahuja B.L., Sharma B.K., Mathur S., Heda N.L., Itou M., Andrejczuk A., Sakurai Y., Chakrabarti A., Banik S., Awasthi A.M and Barman S.R., 2007, Magnetic Compton scattering study of Ni2+xMn1−xGa ferromagnetic shapememory alloys, Phys.Rev B 75, 134403 [51] Paul S and Ghosh S., 2011, First-principles investigations of the electronic structure and properties related to shape-memory behavior in Mn2NiX (X = Al,Ga,In,Sn) alloys, J.Appl.Phys 110, 063523 [52] Barman S.R., Banik S., Shukla A.K., Kamal C and Chakrabarti A., 2007, Martensitic transition, ferrimagnetism and Fermi surface nesting in Mn2NiGa, lu Europhys.Lett 80, 57002 [53] Liu G.D., Dai X.F., Yu S.Y., Zhu Z.Y et al., 2006, Physical and electronic an n va structure and magnetism of Mn2NiGa: Experiment and density-functional ie gh tn to theory calculations, Phys Rev B 74, 054435 [54] Brown P.J., Kanomata T., Neumann K., Neumann K.U., Ouladdiaf B., Sheikh A and Ziebeck K.R.A., 2002, Atomic and magnetic order in the shape p memory alloy Mn2NiGa, J.Phys.: Condens.Matter 22, 506001 [55] Shingh S., Rawat R., Muthu S.E et al., 2012, Spin-Valve-Like Magnetoresistance in Mn2NiGa at Room Temperature, Phys Rev Lett 109, 246601 [56] Yu S.Y., Cao Z.X., Ma L., Liu G.D., Chen J.L., Wu G.H., Zhang B., Zhang X.X., 2007, Realization of magnetic field-induced reversible martensitic transformation in NiCoMnGa alloys, Appl Phys Lett., 91, 102507 [57] Prasad R.V.S., Manivel Raja M., Phanikumar G., 2012, Structure and magnetic properties of Ni(Mn,Co)Ga Heusler alloys rapidly solidified by melt- d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh spinning, Intermetallics 25, 42 [58] Krenke T., Acet M., Wassermann E.F., Moya X., Mañosa L and Planes A., 2005, Martensitic transitions and the nature of ferromagnetism in the austenitic and martensitic states of Ni-Mn-Sn alloys, Phys Rev B 72, 014412 [59] Zhang P., Phan T.L., Dan N.H., Thanh T.D and Yu S.C., 2014, Magnetocaloric and critical behavior in the austenitic phase of Gd-doped Ni50Mn37Sn13 Heusler alloys, J.Alloy.Comp 615, S335 z m co l gm @ an Lu n va ac th si 57 [60] Ma Y., Yang S., Liu Y and Liu X., 2009, The ductility and shape-memory properties of Ni-Mn-Co-Ga high-temperature shape-memory alloys, Acta Mater 57(11), 3232 [61] Cong D.Y., Wang S., Wang Y.D., Ren Y., Zuo L., Esling C., 2008, Martensitic and magnetic transformation in Ni-Mn-Ga-Co ferromagnetic shape memory alloys, Mater.Sci.Eng A 473(1), 213 [62] Ma Y., Yang S., Liu Y and Liu X., 2009, The ductility and shape-memory properties of Ni-Mn-Co-Ga high-temperature shape-memory alloys, Acta Mater 57(11), 3232 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si