Síntesis por solidificación rápida y caracterización magneto-estructural y magnetocalórica de la aleación cuaternaria Ni37.5Co12.5Mn35Ti15

Abstract

"En el presente trabajo de tesis se estudian las propiedades estructurales, microestructurales, térmicas y magnéticas de cintas recién solidificadas (referidas como as-cast) y tratadas térmicamente desde 973 K a 1173 K (700 °C – 900 °C; 30 min.) de la aleación cuaternaria de composición nominal Ni37.5Co12.5Mn35Ti15. Las cintas se fabricaron mediante la técnica de temple rotatorio a partir de una muestra aleada previamente en horno de arco eléctrico. Se obtuvieron dos series de la misma composición nominal a velocidades de la rueda de 20 ms-1 y 8 ms-1. Para la aleación as-cast obtenida a 20 m/s, el patrón de difracción de rayos X revela que coexisten dos fases: martensítica (MST) con estructura cristalina monoclínica de modulación 5M y austenita (AST) con estructura cúbica tipo B2. La temperatura de la transformación magneto-estructural se determinó por calorimetría diferencial de barrido (DSC; entre 240-390 K), y análisis termomagnético. Con la reducción de la velocidad rotacional de la rueda a 8 ms-1 la temperatura de transición estructural aumenta acercándose a la temperatura de Curie de la austenita TCA (328 K), con lo cual el salto de magnetización asociado a la transición MST-AST se reduce. Para las muestras tratadas térmicamente, se encontró que para ambas series la temperatura de inicio de la transformación MST–AST aumenta linealmente con la temperatura de tratamiento térmico. Las micrografías SEM de la sección transversal muestran la formación de granos alargados con su eje mayor orientado según el gradiente de temperatura. Las cintas as-cast obtenidas a 20 m/s muestran su transición magneto-estructural en torno a temperatura ambiente; las mismas muestran un salto de magnetización ΔM para un campo magnético aplicado de 2 T de 64 A‧m2‧kg-1. La variación de entropía magnética máxima │ΔSM│max para 2 T fue de 13.8 (9.5) J‧kg-1‧K-1 para la transformación MST-AST (AST-MST); estos valores son inferiores a lo reportado previamente para la aleación en cinta Ni37.5Co12.5Mn35Ti15 para la transformación MST-AST (de 27.2 J‧kg-1‧K-1) , lo que se explica, sobre todo, porque en nuestro caso la transición es más ancha. Sin embargo, es superior a lo reportado por otros autores para aleaciones Ni–Co–Mn–Ti con composiciones estequiométricas semejantes."

"In this thesis the structural, microstructural, thermal and magnetic properties of as- solidified and heat treated (from 973 K to 1173 K; 30 minutes) melt-spun ribbons of a quaternary alloy of nominal composition Ni37.5Co12.5Mn35Ti15 were studied. Ribbons were manufactured using the melt-spinning technique from a bulk sample previously produced by arc melting. Two series of ribbon samples of the same nominal composition were obtained at speeds of the rotating copper wheel of 20 ms-1 and 8 ms-1. For the as-solidified obtained at 20 m/s, the X-ray diffraction pattern reveals the coexistence of two phases: austenite (AST) with cubic structure B2-type (major) and martensite (MST) with a monoclinic crystal structure and 5M modulation. The temperature of the magneto- structural transformation was investigated by differential scanning calorimetry (DSC, between 240-490 K) and thermo-magnetic analysis. With the reduction of the linear speed of the wheel to from 20 to 8 ms-1, the structural transition temperature increases approaching the Cure temperature of austenite TCA (328 K), reducing the magnetization change associated with the MST-AST (an vice versa) transition. For thermally annealed samples, the starting temperature of the MST-AST transformation AS increases linearly with the heat treatment temperature. SEM micrographs of the cross section show the formation of elongated grains with their major axis oriented through according to the temperature gradient. The as-solidified ribbons obtained at 20 m/s show their magneto- structural transition around room temperature; they show a magnetization change ΔM at 2 T of 64 A‧m2‧kg-1. The maximum magnetic entropy change │ΔSM│max for a magnetic field change of 2 T was 13.8 (9.5) J‧kg-1‧K-1 for the MST-AST (AST-MST) transformation; the values are lower than the previously reported for Ni37.5Co12.5Mn35Ti15 ribbons for the MST-AST transformation (27.2 J‧kg-1‧K-1), a fact that is mainly explained because the synthesized ribbon samples show a wider magnetostructural transition. However, │ΔSM│max values are somewhat superior to those reported by other authors for Ni-Co-Mn- Ti alloys with similar compositions."