Nadir toprak elementi içermeyen yüksek entropili alaşımın manyetik ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada nadir toprak elementi içermeyen yeni Fe26.7Ni26.7Ga15.6Mn20Si11 yüksek entropi alaşımı araştırılmıştır. Üretilen alaşımların yapısal, manyetik ve manyetokalorik özellikleri değişen tavlama sıcaklığına bağlı olarak incelenmiştir. Yüksek entropili alaşım arkla eritme ve vakumla döküm yöntemiyle üretilmiştir. X-ışını kırınımı verilerinden alaşımın kristal yapıları karakterize edilmiştir. Yüksek entropili alaşımın kristal yapısı cisim merkezli kübik yapı (BCC) ve C15 (Cu2Mg tipi) Laves fazı olarak tespit edilmiştir. Cisim merkezli kübik yapının ve Laves fazının oluşması gözlemlenen manyetik özelliklerle ilişkili olduğu görülmüştür. Tavlama sıcaklığı nedeniyle C15 Laves fazının alaşım içindeki miktarı belirli bir sıcaklıkta minimuma düşmüştür. BCC yapısının alaşım içindeki yoğunluğu da tavlama sıcaklığıyla değişmiştir ve böylece temel yapı (BCC) korunurken ağır örgü bozulmasının etkilendiği yani her bir atom yerini korurken diğer atomlarla olan mesafesinin değiştiği görülmüştür. Gerçekleştirilen yapısal analizle örneklerin hücre hacimleri, örgü sabitleri ve faz kesirleri hesaplanmıştır. Yapılan bu hesaplamalar hücre hacimleri, örgü sabitleri ve faz kesirlerinin değiştiğini göstermiştir. Bu değişimlerin manyetik ve manyetokalorik özelliklerle olan ilişkisi ortaya konulmuştur ve manyetik özelliklerde meydana gelen belirgin farklılıkların üretilen yüksek entropili alaşımın ağır örgü bozulması ile ilişkili olduğu görülmüştür. Manyetik ölçümlerde ferromanyetik fazdan paramanyetik faza geçiş 300-400 K aralığında elde edilmiştir. Vakumla döküm yöntemi ile üretilen Fe26.7Ni26.7Ga15.6Mn20Si11 yüksek entropili alaşımı, tavlama işleminden sonra 0-2 T manyetik alan değişimi altında 1,589 Jkg-1K-1 maksimum manyetik entropi değişimi ve 75,68 Jkg-1 soğutma kapasitesi değerleriyle en iyi manyetokalorik özellikleri göstermiştir.

We investigated a new Fe26.7Ni26.7Ga15.6Mn20Si11 high entropy alloy without the rare earth element. The structural, magnetic and magnetocaloric properties of the resulting materials studied due to the varying annealing temperature. The HEAs were successfully produced by the arc melting with suction casting method. The crystal structures characterised through multiphase Rietveld refinement of X-ray diffraction data. The crystal structure of the HEAs was found to be the body centred cubic, and the Laves phase was determined to be the C15 (Cu2Mg) type structure. Formation of BCC structure and Laves phase was found to be related to the observed magnetic properties. Due to the annealing temperature, the amount of C15 Laves phase in the alloy decreased to a minimum at a certain temperature. The density of the BCC structure in the alloy also varied with the annealing temperature, and it was found that heavy lattice distortion was affected while maintaining the base structure (BCC) while maintaining the position of each atom, it has been observed that the distances to other atoms change. Cell volumes, lattice constants and phase fractions of the samples were calculated by structural analysis. These calculations showed that cell volumes, lattice constants and phase fractions changed. The relationship between these changes and magnetic and magnetocaloric properties has been demonstrated and significant differences in magnetic properties have been found to be related to heavy lattice distortion of the produced high entropy alloy. In the magnetic measurements, the ferromagnetic to paramagnetic transition obtained in the range of 300- 400 K. With the employed suction casting method; the Fe26.7Ni26.7Ga15.6Mn20Si11 HEA shows the best magnetocaloric properties such as 1.589 Jkg-1K-1 maximum magnetic entropy change (0-2 T) and 75.68 Jkg-1 refrigeration capacity after the annealing process.