Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-graduação em Física / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:47:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1
250614.pdf: 1589340 bytes, checksum: 5c649e7d86a243246c420e8255da9dfb (MD5) / Neste trabalho empreendemos uma pesquisa experimental de investigação das propriedades magnéticas de ligas ternárias compostas por elementos de transição. Es-colhemos a estequiometria X2YZ para a preparação das amostras, à qual corresponde a ligas Heusler totalmente ordenadas que podem ser produzidas com tratamento térmico apropriado. Em geral, a .m de estabilizar uma liga Heusler totalmente ordenada com es-trutura L21; é necessário o tratamento térmico com têmpera, embora, recentes trabalhos tem indicado que após alguns dias de cozimento a altas temperaturas, e um subsequente tratamento a baixas temperaturas por mais alguns dias levam a formação de uma estru-tura ordenada L21. Dessa forma, preparamos 5 amostras de FeMnAl, CoMnAl e NiMnAl por fusão a arco voltaico sob atmosfera de argônio com tratamento térmico de 3 dias a 1273 K, e após mais 3 dias a 673 K para promover a homogeneidade e relaxação, bem como melhorar o ordenamento atômico. Nossas ligas consistem de Fe, Co e Ni em com-posições ternárias com Mn e Al na proporção 2:1:1, seguindo a estequiometria X2YZ, onde decidimos variar levemente a proporção relativa dos elementos magnéticos e observar a de-pendência das propriedades magnéticas intrínsecas na composição. Inicialmente propomos a estrutura L21 de ligas Heusler completamente ordenadas, que foram encontradas com sucesso com o tratamento térmico citado anteriormente para as ligas Fe2VAl. Todavia, procedemos com o desenvolvimento do trabalho experimental da pesquisa e obtivemos re-sultados estimulantes ao estudo dos compostos produzidos como descrito anteriormente, que revelaram interessantes propriedades. Para realizar este trabalho experimental, várias técnicas foram usadas com a finalidade de obter uma caracterização completa das propriedades estruturais e magnéticas dos compostos estudados. A determinação das fases cristalográ.cas e do grau de ordena-mento atômico foi feita com difração de raios-X. As temperaturas de transição de fases ferromagnéticas foram obtidas com uma magnetobalança, por meio de análise termogra-vimétrica e campo aplicado desde temperatura ambiente até 1123 K. Para os compostos antiferromagnéticos, usamos medidas de calorimetria diferencial de varredura, onde as curvas registradas foram tomadas desde temperatura de nitrogenio líquido até aproxi-madamente 773 K. O padrão magnético foi investigado com medidas de magnetização e desde 15 K até 473 K com campos aplicados de 4 kA/m. As curvas de histerese foram registradas em temperatura ambiente e temperatura de helio líquido com campos de até 600 kA/m e 1200 kA/m, respectivamente. O espectro Mossbauer foi coletado em temperatura ambiente e temperatura de nitrogênio líquido em um espectrômetro convencional operando com geometria de transmissão em um modo de aceleração constante. Nossos resultados indicam que as ligas de FeMnAl são ferromagnéticas na tempe-ratura ambiente, encontramos um material macio cuja estrutura foi caracterizada como sendo do tipo A2 (fase bcc desordenada). As ligas CoMnAl são também ferromagnéticas na temperatura ambiente, comuma estrutura desordenada do tipo B2, típico de ligas semi-Heusler. Por outro lado, as ligas NiMnAl apresentam ambos os padrões ferromagnético e antiferromagnético, também com estrutura B2. No entanto, nenhum desses compostos se apresentou na estrutura totalmente ordenada L21: No caso das ligas FeMnAl, todos
os estudos realizados indicaram que o resfriamento com têmpera (quenching) promove o caráter desordenado dessas ligas. Neste caso nós produzimos uma fase ferrítica (bcc) em ligas desordenadas por utilizarmos um tratamento térmico nunca usado antes para este sistema de ligas, e nossas amostras exibem um padrão magnético que é típico para as ligas preparadas com tratamento térmico em altas temperaturas e resfriamento com têmpera. Contudo, este trabalho serve como um estudo preliminar para avaliar o efeito da preparação das amostras no ordenamento atômico e nas propriedades magnéticas in-trínsecas dessas ligas. Além disso, nós investigamos o efeito da mudança da composição no comportamento magnético desses materiais. Como perspectivas, o assunto de um futuro trabalho, poderia ser um estudo detalhado dessas propriedades utilizando diferentes tratamentos térmicos com e sem têmpera, para preparação das amostras.
In this work we undertook an experimental research to investigate the magnetic properties of ternary alloys of transition elements. We chose the X2YZ stoichiometry for the sample preparation, which corresponds to fully ordered Heusler alloys, which can be produced with an appropriate heat treatment. In general, in order to stabilize an ordered Heusler alloy with the L21 structure is necessary a quenching procedure. However, recent works have indicated that after few days of annealing at high temperatures, and a subsequent annealing for few more days at lower temperatures leads to the formation of an ordered L21 structure. Hence, we prepared 5 samples of FeMnAl, CoMnAl and NiMnAl by arc melting under argon atmosphere with a 3 day annealing at 1273 K, followed by a 3 day annealing at 673 K to promote homogeneity and relaxation as well as to improve the atomic ordering. Our alloys consist of Fe, Co and Ni in ternary compositions with Mn and Al in the proportion of 2:1:1, following the X2YZ stoichiometry, where we decided to vary the relative proportion of the magnetic elements slightly to trace the dependence of the intrinsic magnetic properties on the composition. Initially, we pursued the L21 structure of fully ordered Heusler alloys, which were successfully achieved with the annealing procedure cited above for Fe2VAl alloys. However, as we proceeded with the development of the experimental research work the results which were obtained stimulated the study of the compounds produced as described above, which showed interesting properties. To perform this task several experimental techniques were used in order to obtain a complete characterization of the structural and magnetic properties of the compounds studied here. The determination of the crystallographic phases and of the degree of atomic ordering was done with x-ray di¤raction. The transition temperatures of the ferromagnetic phases were obtained with a magnetobalance, by means of a thermogravimetric analysis with an applied .eld from room temperature up to 1123 K. For the antiferromagnetic compounds we used di¤erential scanning calorimetry measurements, where the registered traces were taken from liquid nitrogen temperature up to about 773 K. The magnetic behavior was investigated with magnetization measurements and Mossbauer e¤ect. The Mx T curves were collected from about 15 K up to 473 K in a applied .eld of 4 kA/m. The hysteresis loops were registered at room temperature and liquid Helium temperature in elds up to 600 kA/m and 1200 kA/m, respectively. The Mossbauer spectra was collected at room temperature and liquid nitrogen temperature in a conventional spectrometer operating with the transmission geometry in the constant acceleration mode. Our results indicate that the FeMnAl alloys are ferromagnetic at room temperature, a soft magnetic material, and its structure were found to conform to the A2 type (disordered bcc phase). The CoMnAl are also ferromagnetic at room temperature, with an disordered structure conforming to the B2 type, typical of half-Heusler alloys. Otherwise, the NiMnAl presented both ferromagnetic and antiferromagnetic behavior, also with the B2 structure. However, among these compounds none presented the fully ordered L21 structure. In the case of the FeMnAl alloys, all reported studies indicated a quenching procedure to promote the disordered character of these alloys. In this case we produced a ferritic phase (bcc) in disordered alloys by using an annealing procedure which had never been used befofe for this alloy system, and our samples exhibit a magnetic behavior which is typical for the alloys prepared by quenching from high temperatures. Nevertheless, this work stands as a preliminar study to assess the e¤ect of the sample preparation on the atomic ordering as well as on the intrinsinc magnetic properties of these alloys. Besides, we investigated the e¤ect of changes in the composition on the magnetic behavior of these materials. A further step which may be the subject of a future work could be a detailed study of the e¤ect on these properties of using di¤erent annealing procedure and quenching for the samples.preparation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/103054 |
| Date | January 2005 |
| Creators | Migliavacca, Alencar |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Paduani, Clederson, Krause, João Carlos |
| Publisher | Florianópolis, SC |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 1 v.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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