Efecto magnetocalórico en cintas obtenidas por enfriamiento ultrarrápido del compuesto intermetálico DyNi2

Abstract

"The magnetocaloric (MC) properties of Laves phases have been extensively investigated in the last fifteen years. Several intermetallic compounds in the RCo2, RAl2, and RNi2 systems (R= rare earth), shows good MC properties as magnetic refrigerants in the temperature range of 10-80 K. In the present work it is reported both, the synthesis of alloy ribbons of the intermetallic ferromagnetic compound DyNi2 by rapid solidification using the melt spinning technique and the study of its MC properties. The magnetic entropy change as a function of temperature ΔSM(T) and the field-dependence of the refrigeration capacity (RC) to a maximum magnetic field change of μoDHmax= 5 T are reported. They are compared with the reported for both, bulk samples produced by conventional casting techniques followed of high temperature annealing and other materials showing first- or second-order magnetic transitions in a similar temperature range which have been referred as potential magnetic refrigerant candidates in a low temperature range. Ribbons were produced from a bulk alloys previously fabricated by Ar arc melting from highly pure elements ( ³ 99.9 %). Ribbon flakes were fabricated under a controlled highly pure Ar atmosphere at a linear speed of the copper wheel of 20 ms-1. EDS analyses indicate that the nominal chemical composition was wellreproduced in the alloy ribbons. The DyNi2 compound crystallized into a cubic MgCu2-type Laves phase crystal structure, exhibiting a Curie temperature TC of 21.5 K and a saturation magnetization at 2 K of 157 Am2kg-1. For a field change of μoDHmax=5 T (2 T), samples show a |ΔSM peak|, of 23.5 (13.5) Jkg-1K-1 which is a 10 (25) % higher than the reported to bulk polycrystalline alloys. These superior values result from a combination of the anisotropic magnetocaloric response of this material with the partial orientation of the easy magnetization direction of grains along the ribbon length due to the fabrication method employed. For μoDHmax=5 T (2 T), samples show a refrigeration capacity RC-1 of 519 (209) Jkg-1. This is a 19 (49) % higher than the value obtained for bulk polycrystalline alloys and is comparable, or even higher, than the reported for different materials considered as promising magnetic refrigerants in the low temperature range."

"Las propiedades magnetocalóricas (MC) de las fases de Laves han sido objeto de estudio en los últimos 15 años. Varios compuestos intemetálicos en los sistemas RNi2, RCo2, RAl2 (R= tierra rara) presenta buenas propiedades como refrigerantes magnéticos entre 10 y 80 K. En el presente trabajo se reporta la obtención del compuesto intermetálico ferromagnético DyNi2 en forma de cinta por solidificación rápida usando la técnica de temple rotatorio o ‘melt spinning’ y se estudian sus propiedades MC. Se reporta la variación de entropía magnética como función de la temperatura ΔSM(T) y la capacidad de refrigeración RC hasta una variación máxima de campo magnético de μoΔHmax= 5 T. Estos se comparan con muestras en bulto, así como otros materiales que presentan transiciones de primer y segundo orden que han sido referidos como candidatos potenciales para su uso en la refrigeración magnética en el rango de las bajas temperaturas. Las cintas fueron producidas a partir de una aleación en bulto previamente fabricada por fusión con arco eléctrico en atmósfera controlada de argón a partir de elementos de alta pureza (≥ 99.9%). Las cintas se obtuvieron también en atmósfera controlada de argón de alta pureza, con una velocidad de giro de la rueda de cobre de 25 ms-1. Los análisis por EDS, mostraron que la estequiometría de la aleación de partida se reprodujo en las cintas. El compuesto DyNi2 mostró una estructura cúbica de tipo MgCu2 (C15) propia de las fases de Laves, una temperatura de Curie TC de 21.5 K y una magnetización de saturación a 2 K de 157 Am2kg-1. La entropía magnética máxima |ΔSMpeak | para μoΔHmax=5 T (2 T), fue de 23.5 (13.5) Jkg-1K-1 lo que resulta un 10 (25) % mayor que la reportada para aleaciones policristalinas en bulto. Este aumento resulta de la combinación del carácter fuertemente anisotrópico de la magnetización en este material y de cierta orientación preferencial del eje de fácil magnetización de los cristales según la dirección de formación de la cinta. Por su parte, la capacidad de refrigeración RC-1 que se obtuvo para μoΔHmax=5 T (2 T) fue de 519 (209) Jkg-1, lo que resulta mayor en un 19 (49) % que lo que se reporta para aleaciones policristalinas DyNi2 en bulto y es comparable o mayor que la reportada para materiales considerados como promisorios para la refrigeración magnética a muy bajas temperaturas."