Crystallographic study on Ni-Mn-Sn metamagnetic shape memory alloys

En tant que nouveau materiau magnetique a memoire de forme, les alliages bases sur le systeme Ni-Mn-Sn possedent de multiples proprietes physiques telles que l'effet de memoire de forme des alliages polycristallins, l'effet magnetocalorique geant, l'effet de magnetoresistance et l'effet de polarisation d'echange. Jusqu'a present, la plupart des etudes ont ete axees sur l'amelioration des multifonctionnalites de ces alliages, mais l'information fondamentale qui est fortement associee a ces proprietes n'est toujours pas claire. Ainsi, une etude approfondie sur les structures cristallines de la martensite et de l'austenite, les caracteristiques microstructurales et cristallographiques de la transformation martensitique a ete menee dans le cadre du present travail de doctorat. Il a ete confirme que l'austenite de Ni50Mn37.5Sn12.5 possede une structure cubique L21 (Fm3 m, No.225). Le parametre de reseau de l'austenite dans Ni50Mn37.5Sn12.5 est aA = 5.9813 A. La martensite possede une structure orthorhombique (4O) a quatre couches (Pmma, No.51). Les parametres de reseau de la martensite dans Ni50Mn38Sn12 et Ni50Mn37.5Sn12.5 sont a4O = 8.6068 A; b4O = 5.6226 A and c4O = 4.3728 A, and a4O = 8.6063 A, b4O = 5.6425 A, and c4O = 4.3672A, respectivement. La martensite 4O Ni-Mn-Sn presente une microstructure hierarchiquement maclee. La martensite est organisee en larges plaques dans le grain d'austenite d'origine. Les plaques contiennent des colonies a forme irreguliere avec deux modeles caracteristiques de microstructures : le motif lamellaire classique et le motif en arete de poisson. Dans chaque colonie, il existe quatre variantes d'orientation (A, B, C et D) et elles forment trois types de macles (Type I, Type II et macles composees). Les interfaces entre les variantes correspondantes sont en coincidence avec leur plan de maclage K1. Les plans d'interface des paires de macles composees A-D et B-C peuvent avoir une ou deux orientations differentes, ce qui conduit aux deux modeles microstructuraux. Les variantes correspondantes dans les colonies voisines dans une meme large plaque (colonies intra-plaques) possedent des orientations proches et le joint de colonie est courbe, tandis que la limite de colonie inter-plaques est relativement droite. La relation d’orientation de Pitsch (Orientation Relation OR), specifiee comme {1 0 1} A//{22 1}4O and A// 4O, a ete exclusivement determinee a etre une OR effective entre l'austenite cubique et la martensite modulee 4O. Sous cette OR, 24 variantes peuvent etre generees dans un grain d'austenite. Ces 24 variantes sont organisees en 6 groupes et chaque groupe correspond a une colonie de martensite. La structure de martensite finement maclee (microstructure sandwich) est le composant microstructural de base produit par la transformation martensitique. Une telle structure assure une interface de phase invariante (plan d'habitat) pour la transformation. Au cours de la transformation, les variantes de la martensite sont organisees en clusters en forme de diamant composes de colonies de variantes et avec des structures en forme de coin au front de transformation. Chaque coin est compose de deux structures sandwich separees par un plan de nervure mediane {1 0 1}A. Les paires de variantes dans chaque coin devraient avoir le meme type de macles avec une relation de Type I ou de Type II pour garantir de bonnes compatibilites geometriques des variantes a l'interface de phase et au plan de la nervure centrale. Dans les diamants, les colonies sont separees par des frontieres presentant des marches a faible energie interfaciale qui evoluent vers les joints des colonies intra-plaques et par des joints droits qui deviennent les joints entre les plaques. Les diamants s'allongent le long de la direction presque parallele aux plans de la nervure centrale des coins et la forme de la plaque de la martensite est finalement formee. [...]