Σύνθεση, επεξεργασία και χαρακτηρισμός νανοσωματιδίων FeMnGa για εφαρμογές μονίμων μαγνητών
Creators: name: Σέμπρος, Γεώργιος Αναστασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Μόνιμοι μαγνήτες
Άλεση σε σφαιρόμυλο χαμηλής και υψηλής ενέργειας
Απουσία σπανίων γαιών
Permanent magnets
Low and high energy ball milling
Rare-earth free

description: Τα τελευταία χρόνια, υπάρχει μεγάλη ζήτηση σε υλικά τα οποία είναι κατάλληλα για μόνιμους μαγνήτες, ειδικά από τη στιγμή που σημειώθηκαν ελλείψεις στα υλικά σπανίων γαιών, τα οποία αποτελούν βασικό συστατικό για μαγνήτες υψηλής απόδοσης. Η έρευνα έχει στραφεί σε υλικά, τα οποία δεν αποτελούνται από σπάνιες γαίες, θεωρώντας ότι μπορούν να γίνουν μία εναλλακτική λύση, για εφαρμογές μονίμων μαγνητών. Ποικίλα κράματα της κατηγορίας Heusler, βρίσκονται υπό μελέτη ως πιθανοί υποψήφιοι. Μεταξύ αυτών, η δυαδική ένωση MnxGa έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον. Μία μέθοδος βελτίωσης των μαγνητικών ιδιοτήτων των διαμεταλλικών ενώσεων, είναι η εισαγωγή ενός μαγνητικού ατόμου όπως είναι ο σίδηρος, στη θέση ενός 3d μετάλλου. Στη δική μας περίπτωση, αντικαταστάθηκε ποσότητα μαγγανίου με σίδηρο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, κράματα στοιχειομετρίας Mn0.4Fe0.3Ga0.3 παρασκευάστηκαν με την τεχνική της τήξεως τόξου, σε ατμόσφαιρα αργού υψηλής καθαρότητας και έπειτα ακολουθήθηκε η τεχνική της ταχείας ψύξης περιστρεφόμενου τροχού, προκειμένου να παραχθούν νανοδομημένες μεταλλικές ταινίες. Στα δείγματα έγινε περαιτέρω κατεργασία (θερμική, μηχανική άλεση) προκειμένου να βελτιωθεί η μικροδομή των δειγμάτων και να αποκτήσουν μία φάση, με τις βέλτιστες δυνατές μαγνητικές ιδιότητες. Μαγνητικές μετρήσεις συναρτήσει της θερμοκρασίας και του πεδίου έλαβαν χώρα, χρησιμοποιώντας το μαγνητόμετρο δονούμενου δείγματος. Η δομή των δειγμάτων μελετήθηκε με περίθλαση ακτινών-Χ και διαπιστώθηκε η κυβική ενδοκεντρωμένη (fcc) δομή, με τύπο L12. Μία εις βάθος ανάλυση της δομής, πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης. Η μέγιστη τιμή, που σημειώθηκε, όσον αφορά στη μαγνήτιση κόρου ήταν ίση με 81.4 Am2/kg, η μέγιστη παραμένουσα μαγνήτιση βρέθηκε ίση με 14.7 Am2/kg, ενώ η μέγιστη τιμή για το συνεκτικό πεδίο ήταν ίση με 0.3 Τ. Τέλος, παρουσιάζεται η επίδραση του μεγέθους των κόκκων, στις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού, εξαιτίας της άλεσης των δειγμάτων σε σφαιρόμυλο.
description: In recent years, there is a great demand in materials suitable for permanent magnets which led to shortages in the supply of rare earth elements, a basic ingredient of high performance magnets. Research for rare earth free magnetic materials is considered as a viable alternative. Various Heusler alloys are investigated as possible candidates. Among them, the binary compound MnXGa has gained interest. A method of improving the magnetic properties of intermetallic compounds is the introduction of a magnetic atom like Fe in replacement of a 3d metal, in our case, by replacing a quantity of Mn with Fe. In this study Mn0.4Fe0.3Ga0.3 alloys were prepared in a high purity Ar atmosphere with the arc-melting technique followed by melt-spinning in order to get nanostructured ribbons. The samples were further treated (annealing, ball milling) in order to tune the microstructure and obtain single phase samples with optimum magnetic properties. Magnetization measurements were performed by using a Vibrating Sample Magnetometer (VSM), versus temperature and field. The structure of the samples was studied by X-ray diffraction patterns (XRD). The L12 structure was observed for the first time, among the other ones D019 and L21 which are already observed in Mn3Ga studies. A deeper study was performed with a Scanning Electron Microscope (SEM). Saturation magnetization of the basic material was measured at 81.4 Am2/kg while remanence and coercive field were measured at 14.7 Am2/kg and 0.3 T, respectively. The effect of the grain size on the magnetic properties, due to ball milling, is discussed.