Transformación magneto-estructural y efecto magnetocalórico en aleaciones Mn1−xCrxCoGe (x = 0.04, 0.11) y MnNiGe1.05 obtenidas por solidificación rápida

Abstract

"En la presente tesis se estudia el efecto magnetocalórico (EMC) en cintas de aleaciones Mn1-xCrxCoGe para x=0.04, 0.11 y MnNiGe1.05 obtenidas por enfriamiento ultrarrápido empleando la técnica de temple rotatorio. Las cintas recién solidificadas son monofásicas y cristalizan en una estructura hexagonal del tipo Ni2In (P63/mm). Después de un tratamiento térmico relativamente corto (4 horas), si se compara con el utilizado normalmente para las aleaciones en bulto (5 días), esta fase experimenta una transformación martensítica (TM) hacia una fase ortorrómbica con estructura de tipo TiNiSi (Pnma). Para el sistema Mn1-xCrxCoGe si la transformación estructural ocurre en la ventana de temperatura delimitada por TChex y TCorto, ocurre transformación magnetoestructural acoplada entre una fase ortorrómbica ferromagnética (FM) y una fase hexagonal paramagnética (PM). Se demuestra que las temperaturas de transformación dependen del contenido de Cr, y de la temperatura y tiempo de tratamiento térmico. Las curvas termomagnéticas y el estudio por difracción de rayos X muestran que la TM es siempre incompleta (esto es, una pequeña fracción de fase hexagonal queda sin transformar); esto reduce la variación de la magnetización y por tanto |ΔSM max|. Los valores de |ΔST max| obtenidos son inferiores a los reportados para aleaciones en bulto (para µoΔH = 5 T se tiene que |ΔST max|~ 10.4 y 13.7 Jkg-1 K-1 para x=0.04 y 0.11, respectivamente); sin embargo, las curvas ΔST(T) son más anchas (TFWHM  25 K). Para las cintas tratadas térmicamente de la aleación MnNiGe1.05 se tiene una transformación magneto-estructural entre una fase hexagonal PM (Ni2In) y una fase ortorrómbica AFM (TiNiSi). Asociada a la misma se alcanzan valores relativamente bajos de |ΔST max|(para µoΔH = 5 T se tiene que 1ΔST max1~ 5.8 Jkg-1 K-1) En esta tesis también abordo: (a) el desarrollo de un programa en Matlab® para determinar la curva ΔST(T) y la capacidad de refrigeración de un material (y los parámetros magnetocalóricos asociados). El mismo integra numéricamente la ecuación de Maxwel a partir de la medición de un conjunto de isotermas de magnetización. Los gráficos que el programa obtiene los presenta directamente en Microcal Origin®; (b) el desarrollo de un sistema experimental basado en el principio de extracción para la medición directa de la variación de curva de variación de temperatura adiabática en función de la temperatura ΔTad(T)."

"In this Ph.D. thesis the magnetocaloric effect (MCE) of Mn1-xCrxCoGe (x=0.04, 0.11) and MnNiGe1.05 melt-spun ribbons is studied. As-solidified alloy ribbons are single phase crystallizing into the hexagonal Ni2In-type crystal structure (space group P63/mm). After a relatively short thermal annealing (4 hours), if compared with the one commonly used for bulk alloys (5 days), this phase undergoes a martensitic transformation (MT) to an orthorrombic TiNiSi-type crystal structure (space group Pnma). In Mn1-xCrxCoGe alloy ribbons if the structural transformation occurs in the temperature window given by the Curie temperature of the hexagonal and the orthorhombic phases, i.e., TC hex < Tstr < TC orth, the system undergoes a coupled magnetostructural transition on-heating from a ferromagnetic (FM) NiTiSi-type orthorhombic structure to a PM Ni2In-type hexagonal phase. It is shown that the structural transition temperatures depend on the Cr content, as well as the temperature and time of annealig. Thermomagnetic and X-ray diffraction analyses indicate that the phase transition from hexagonal to orthorhombic structure is incomplete(i.e., a small fraction of the hexagonal phase does not transform); the latter reduces the magnetization variation along the phase transition and |ΔSM max|. These alloy ribbons show lower vales of |ΔST max| in comparison with those reported for bulk alloys (for oΔH = 5 T, samples with x = 0.04 and 0.11, show |ΔSM max| values of 10.4 and 13.7 Jkg- 1K-1), however, they show a broader ST(T) curve (TFWHM  25 K). MnNiGe1.05 alloy ribbons show a coupled magnetostructural transition between a PM Ni2In-type hexagonal phase to an AFM NiTiSi-type orthorhombic structure. In addition, in the course of this thesis: (a) a program written in MatLab® language has been developed for obtaining the ΔST(T) curve and the refrigerant capacity of a material as well as the related magnetocaloric parameters. This program performs the numerical integration of the Maxwell relation; it uses as input data a set of isothermal magnetization curves. The obtained graphs are given in Microcal Origin® format; (b) an experimental set-up for the direct measurement of the adiabatic temperature change as a function of temperature ΔTad(T) was developed. Preliminary measurements performed on polycrystalline Gd samples are reported."