Efecto elastocalórico en una aleación Ni-Fe-Ga-Mn anisotrópica elaborada por sinterizado por descarga de plasma (SPS)

Abstract

"Algunas aleaciones del sistema Ni-fe-Ga-Mn presentan transformación martensítica en el intervalo de temperatura ambiente. Las temperaturas de transición se pueden modificar dependiendo de la composición y metodologías de síntesis. Para el desarrollo de este proyecto se tomó como base el sistema Ni-Fe-Ga del cual se tiene identificado que la adición de manganeso permite desplazar la transformación martensítica a menor temperatura. Utilizando el método de fusión por arco eléctrico se fabricaron muestras de la aleación Ni55Fe11Ga27Mn7 que presenta transformación martensítica a 281 K. Posteriormente se fabricaron cintas de la aleación mediante melt spinning y al final se realizó un sinterizado por SPS de las cintas y otro a partir de polvo de la aleación preparado mediante molienda mecánica. Por medio del análisis de difracción de rayos X a temperatura ambiente se determinó que la aleación Ni55Fe11Ga27Mn7 presenta austenita L21 con un porcentaje menor de fase y. La aleación obtenida directamente de la fusión en arco eléctrico (bulk) presentó la mayor anisotropía cristalina respecto a las otras muestras. Además, se obtuvo un aumento en la cantidad de fase y en las piezas sinterizadas, lo cual está relacionado con la temperatura a la que se llevó a cabo el proceso. La aleación Ni55Fe11Ga27Mn7 presenta efecto elastocalórico, el cual se determinó mediante mediciones directas de cambio de temperatura adiabático (ΔTad). Se encontró que la combinación de los métodos de síntesis afecta directamente al valor de ΔTad que presentó cada muestra, siendo el bulk la que diera los valores más altos en esta medición. Una temperatura de sinterizado alta para la aleación utilizada en el proyecto promueve un incremento en la cantidad de fase y. Esta fase secundaria sólo aportó masa a la aleación y no contribuyó con la entalpia de transformación, por lo tanto, el valor máximo teórico de ΔTad decrece."

"Some alloys from the Ni-Fe-Ga system display martensitic transformation near to room temperature. Transition temperatures may be modified depending on the composition and synthesis methods. This project used Ni-Fe-Ga alloys, in which manganese addition allows to shift the martensitic transformation to a lower temperature. The Ni55Fe11Ga27Mn7 alloy was synthetized by arc melting; the alloy shows martensitic transformation at 281 K. Alloy ribbons were then made using the melt spinning technique. By SPS, solid pieces from alloy mechanically powdered and ribbons were manufactured. By performing room temperature X-ray diffraction, it was determined that Ni55Fe11Ga27Mn7 alloy presents L21 austenite with a minor portion of y phase. The arcmelted bulk has a greater crystallographic anisotropy compared to samples obtained by melt spinning and spark plasma sintering. The sintering temperature caused an increment in the y phase portion in the samples. Adiabatic temperature change (ΔTad) measurements for Ni55Fe11Ga27Mn7 alloy were carried out on purpose built equipment. It was found that the combination of synthesis techniques modified the elastocaloric response in the samples; the textured bulk showed the larger ΔTad and the sintered specimen from powder showed the smallest. As the y phase does not undergo a martensitic transformation, the transition enthalpy of the alloy slightly decreases and the theoretical maximum ΔTad also diminishes."