Ni-Mn-In alaşımında atomik kompozisyonun malzemenin kristal yapısı ve manyetik özelliklerine etkisi
The effect of atomic composition on the crystal structure and magnetic properties of Ni-Mn-In alloy
Yazar: SEÇİL SÖYLERİZ
Danışman: DOÇ. DR. BORA KALKAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Şekil bellekli alaşımlar = Shape memory alloys ; Şekil hatırlama özelliği = Shape memory property

Özet:
Son yıllarda Ni-Mn tabanlı Ni50Mn45In5 Heusler alaşımında yeni bir manyetik özellik gözlenmiştir. Ni50Mn45In5 alaşımı, 0,5-4 T aralığında manyetik alan uygulanarak, 600-750 K sıcaklıklarda tavlandığında, alaşım içinde kristal simetrileri ve manyetik özellikleri farklı olan iki fazın oluştuğu belirlenmiştir. Bu fazların oluşmasında martenzitik ve inter-martenzitik faz geçişleri etkin olmaktadır. Yüksek sıcaklıkta simetrik olan kübik L21 yapısı sıcaklığın düşürülmesiyle simetrik olmayan tetragonal L10 yapısına ya da modüle 5M, 7M yapılarına dönüşür ve bu dönüşüm martenzitik faz geçişi olarak adlandırılır. Hem martenzitik faz geçişi hem de inter-martenzitik faz geçişleri Heusler alaşımlarının karakteristik özelliğidir.
Bu tez çalışmasında, NixMnyInz alaşım sisteminde martenzitik ve inter-martenzitik faz geçişlerini deneysel olarak incelemek amacıyla, atomik konsantrasyonları   49,39 ≤ x ≤ 50,26, 32,60 ≤ y ≤ 42,85 ve 7,63 ≤ z ≤17,20 aralıklarında olan polikristal örnekler hazırlandı. Söz konusu faz geçişlerini anlamak için sıcaklığın fonksiyonu olarak x-ışını kırınımı (XRD), mıknatıslanma (M) ve elektriksel direnç (R) ölçümleri yapıldı. 110-300 K aralığında seçilen sıcaklıklarda ölçülen XRD desenlerine Rietveld yapı arıtımı uygulanarak NixMnyInz alaşım örneklerinin kristal yapıların örgü parametreleri belirlendi. Örnekler manyetik alan altında soğutulurken (FC) ve ısıtılırken (FW) 10-380 K sıcaklık aralığında ölçülen mıknatıslanma-sıcaklık (M(T)) ve direnç-sıcaklık (R(T)) eğrilerinde martenzitik faz geçişinin karakteristiği olan histerezis gözlendi. Bu deneysel verilerden martenzitik faz geçişinin başlangıç (MS) ve bitiş (MF) sıcaklıkları ile ferromanyetik (FM)  anti-ferromanyetik (AFM) faz geçiş sıcaklıkları belirlendi. Histerezis eğrilerinin yorumlanmasında alaşım içinde AFM ve FM etkileşmeler dikkate alındı. 
M(T) ve R(T) ölçümlerinden elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirilerek, NixMnyInz alaşımlarının faz diyagramı oluşturuldu. Bu faz diyagramında alaşımın değerlik elektronu sayısına (e/a değeri) bağlı L10, 5M, 7M yapılarını içeren bölgeler sıcaklığın fonksiyonu olarak belirlendi. Yüksek sıcaklıklarda kübik yapıda olan bu alaşımlar, sıcaklığın azalmasıyla yarı-kararlı olan 5M veya 7M yapılarına dönüşürler ve sıcaklığın daha da azalmasıyla L10 tetragonal yapıya dönüşür. NixMnyInz Heusler alaşımları için oluşturulan faz diyagramı daha önce Ni50Mn50-xGax ve Ni50Mn50-xSnx alaşımları için literatürde yayımlanan faz diyagramları ile karşılaştırıldı.

Abstract:
Recent studies have revealed a new magnetic property in Ni-Mn based Heusler alloy, especially for the composition of Ni50Mn45In5. It has been observed that two distinct phases with different crystal symmetries and magnetic properties are formed in the Ni50Mn45In5 alloy when annealed in temperature range of 600-750 K under a magnetic field in the range 0,5-4 T Formation of these magnetic and structural changes can be attributed to martensitic and inter-martensitic transitions. The cubic structure (L21), highly symmetrical at high temperatures, turns into a non-symmetrical tetragonal L10 structure (or 5M, 7M) by lowering the temperature, and this mechanism is known as martensitic transition. The Heusler alloys can be characterized in terms of martensitic and inter-martensitic transformations. 
In this study, the martensitic and inter-martensitic transformations have been investigated experimentally in polycrystalline NixMnyInz alloys prepared at different constituent compositions, 49,39 ≤ x ≤ 50,26, 32,60 ≤ y ≤ 42,85 and 7,63 ≤ z ≤ 17,20. A full understanding of martensitic and inter-martensitic transformations, and the phases formed before and after  the transition have been characterized with x-ray diffraction (XRD), resistance (R), magnetization (M) measurements as a function of temperature. Lattice parameters of crystal structure of NixMnyInz specimens was analyzed with Rietveld refinements applied to XRD patterns collected in the temperature range 110-300 K. The characteristic hysterical martensitic phase transition was observed in field-cooled and field-warmed magnetization measurements (M(T)) and electrical resistance measurements (R(T)) carried out in the temperature range 10-380 K.  The martensitic start (MS) and martensitic final (MF) temperatures, and ferromagnetic (FM) ¬¬ anti-ferromagnetic (AFM) phase transition temperatures were determined from experimental data obtained. Hysteretic phase transitions were interpreted in terms of AFM and FM interactions in the alloys. 

The phase diagram of NixMnyInz alloys showing the L10, 5M, 7M phases as a function of valence electron concentrations (e/a value) formed by combining the results obtained from the M(T) and R(T) measurements. These alloys, cubic at high temperatures, have been transformed to the 5M, 7M meta-stable states and L10 (tetragonal) structures with decreasing temperature. The phase diagram for the NixMnyInz Heusler alloy studied in this thesis was compared with the phase diagrams of Ni50Mn50-xGax and Ni50Mn50-xSnx published previously in the literature.