Co、Si共掺杂策略调控Ni-Mn-Ti合金的磁性和力学性能

doi:10.11900/0412.1961.2024.00163

金属学报 DOI: 10.11900/0412.1961.2024.00163

本期目录 | 过刊浏览

Co、Si共掺杂策略调控Ni-Mn-Ti合金的磁性和力学性能

刘丹^1,2 白静^1,2,3 章羽¹ 郭珂良¹ 刘新² 左良¹

1 东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳 110819

2 东北大学秦皇岛分校资源与材料学院秦皇岛 066004

3 东北大学秦皇岛分校河北省电介质与电解质功能材料重点实验室秦皇岛 066004

Co and Si co-doping strategy for tuning magnetism and mechanical properties of Ni-Mn-Ti alloy

LIU Dan ^1,2, BAI Jing ^1,2,3, ZHANG Yu ¹, GUO Keliang ¹, LIU Xin ², ZUO Liang ¹

1 Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials Ministry of Education, Northeastern University, Shenyang 110819, China

2 School of Resources and Materials, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China

3 Key Laboratory of Dielectric and Electrolyte Functional Material Hebei Province, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China

引用本文:

刘丹白静章羽郭珂良刘新左良. Co、Si共掺杂策略调控Ni-Mn-Ti合金的磁性和力学性能[J]. 金属学报, 10.11900/0412.1961.2024.00163.

全文: PDF(3908 KB)

摘要: 新型Ni-Mn-Ti全d族Heusler合金表现出优异的弹热效应和力学性能，但由于其奥氏体母相和马氏体相均呈现弱磁性而丧失了传统Ni-Mn基合金中显著的磁热效应。本研究通过第一性原理计算研究了Co和Si共掺杂策略调控Ni-Mn-Ti合金的马氏体相变、磁性能和力学性能。研究结果表明，掺杂的Si原子倾向于占据Mn亚晶格格点，Co和Si原子在合金中都表现出聚集趋势。Co含量的增加导致奥氏体从反铁磁状态转变为铁磁状态，而马氏体则保持反铁磁状态，使其在特定成分下观察到磁—结构耦合转变，这对实现显著的磁热效应至关重要。本文还探讨了合金的电子态密度（DOS）以阐明实验中观察现象的物理机制。这些发现为设计具有低热滞后和显著磁热效应的固态相变材料提供了理论基础，有助于推动固态制冷技术的实际应用。

关键词 ： Heusler合金, Ni-Mn-Ti, 第一性原理计算, 马氏体相变, 磁性能

Abstract：The novel all-d-metal Ni-Mn-Ti Heusler alloy exhibits excellent elastocaloric effect and mechanical properties, but loses the significant magnetocaloric effect found in conventional Ni-Mn-based Heusler alloys due to the weak magnetism of both austenite and martensite. In this study, the Co and Si co-doping strategy to tune martensitic transformation, magnetic and mechanical properties of Ni-Mn-Ti alloy was investigated by the first-principles calculations. The results show that the doped Si atom tends to occupy the Mn sublattice, and the co-doped Co and Si atoms exhibit an aggregate distribution tendency in the alloys. The increase in Co content causes the austenite to change from antiferromagnetic to ferromagnetic state, whereas the martensite remains in antiferromagnetic state. This situation will lead to a magneto-structural coupling transition at higher Co content range, which is crucial to achieve significant magnetocaloric effects. The electronic density of electronic states (DOS) of the alloys was used to elucidate the physical mechanism of the observed phenomena. These findings provide a theoretical basis for the design of solid-state phase change materials with low thermal hysteresis and significant magnetocaloric effects, which will help to promote the practical application of solid-state refrigeration technology.

Key words： Heusler alloys Ni-Mn-Ti First-principles calculations Martensitic transformation Magnetic properties

收稿日期: 2024-05-15

基金资助:中央高校基本科研业务专项;国家自然科学基金项目

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	刘丹
	白静
	章羽
	郭珂良
	刘新
	左良
44.8K

链接本文:

https://www.ams.org.cn/CN/Y0/V/I/0

[1]	王京京, 姚志浩, 张鹏, 赵杰, 张迈, 王蕾, 董建新, 陈迎. 镍基高温合金中S元素对基体与热障涂层界面稳定性的影响[J]. 金属学报, 2024, 60(9): 1250-1264.
[2]	周彦余, 李江旭, 刘晨, 赖俊文, 高强, 马会, 孙岩, 陈星秋. 金属间化合物Pt₇Sb投影Berry相位与析氢催化关联的第一性原理计算[J]. 金属学报, 2024, 60(6): 837-847.
[3]	刘仲武, 周帮, 廖雪峰, 何家毅. 全高丰度稀土(Ce, La, Y)-Fe-B永磁的研究现状和未来发展[J]. 金属学报, 2024, 60(5): 585-604.
[4]	赵晋彬, 王建韬, 何东昌, 李俊林, 孙岩, 陈星秋, 刘培涛. 氢化物超导体临界转变温度的机器学习模型[J]. 金属学报, 2024, 60(10): 1418-1428.
[5]	张德印, 郝旭, 贾宝瑞, 吴昊阳, 秦明礼, 曲选辉. Y₂O₃ 含量对燃烧合成Fe-Y₂O₃ 纳米复合粉末性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 757-766.
[6]	刘路军, 刘政, 刘仁辉, 刘永. Nd₉₀Al₁₀ 晶界调控对晶界扩散磁体磁性能和微观结构的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(11): 1457-1465.
[7]	姜江, 郝世杰, 姜大强, 郭方敏, 任洋, 崔立山. NiTi-Nb原位复合材料的准线性超弹性变形[J]. 金属学报, 2023, 59(11): 1419-1427.
[8]	李伟, 贾兴祺, 金学军. 高强韧QPT工艺的先进钢组织调控和强韧化研究进展[J]. 金属学报, 2022, 58(4): 444-456.
[9]	原家华, 张秋红, 王金亮, 王灵禺, 王晨充, 徐伟. 磁场与晶粒尺寸协同作用对马氏体形核及变体选择的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(12): 1570-1580.
[10]	王硕, 王俊升. Al-Li合金中 δ′/θ′/δ′复合沉淀相结构演化及稳定性的第一性原理探究[J]. 金属学报, 2022, 58(10): 1325-1333.
[11]	项兆龙, 张林, XIN Yan, 安佰灵, NIU Rongmei, LU Jun, MARDANI Masoud, HAN Ke, 王恩刚. Cr含量对FeCrCoSi永磁合金调幅分解组织及其性能的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(1): 103-113.
[12]	毛斐, 吕皓, 唐法威, 郭凯, 刘东, 宋晓艳. Mn和In添加对SmCo₇结构稳定性及磁矩影响的第一性原理计算[J]. 金属学报, 2021, 57(7): 948-958.
[13]	王金亮, 王晨充, 黄明浩, 胡军, 徐伟. 低应变预变形对变温马氏体相变行为的影响规律及作用机制[J]. 金属学报, 2021, 57(5): 575-585.
[14]	左良, 李宗宾, 闫海乐, 杨波, 赵骧. 多晶Ni-Mn-X相变合金的织构化与功能行为[J]. 金属学报, 2021, 57(11): 1396-1415.
[15]	肖飞, 陈宏, 金学军. 形状记忆合金弹热制冷效应的研究现状[J]. 金属学报, 2021, 57(1): 29-41.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed