Bazı Heusler alaşımlarının yapısal, manyetik ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi
The investigation of structural, magnetic and magnetocaloric properties of some Heusler alloys
Yazar: ZEYNEP GÜRLÜK
Danışman: PROF. DR. M. RECAİ ELLİALTIOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Manyetik soğutma sistemlerinde aktif bileşen olarak kullanılması amacına yönelik olarak manyetokalorik etki gösteren malzemeler üzerine yapılan araştırmalar son on yılda oldukça yoğunlaşmıştır. Aday malzeme sistemleri arasında Heusler alaşımları da yer almakta olup, bazı Heusler alaşımları aynı zamanda şekil hafıza özelliği de gösterir. Ni-Fe-Ga sistemi martenzit faz geçişi ve manyetik faz geçişi sergileyen bir alaşım olup Ni elementini belli oranda Co elementi ile yer değiştirmek suretiyle faz geçiş sıcaklıklarını kaydırmak mümkündür. Bu nedenle faz geçiş sıcaklıklarını oda sıcaklığına yaklaştırmak amacıyla Co katkılı Ni54Fe19Ga27 Heusler alaşımları ele alındı.Bu çalışmada ark eritme yöntemi kullanarak Ni54-xCoxFe19Ga27 (x=3,4) Heusler alaşım örnekleri üretilmiştir. Taramalı Elektron Mikroskobu (TEM) ölçümlerinden malzemenin homojenliği, EDX yöntemiyle de örneklerin alaşım kompozisyonunun doğruluğu ortaya konmuştur. X-ışını toz kırınımı desenlerinden örneklerin yapısal özellikleri karakterize edilmiş, Rietveld arıtımı yapılarak beklenen fazların oluştuğu doğrulanmıştır. Sıcaklığa ve manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümleri yapılmak suretiyle örneklerin manyetik özelliklerine ilişkin M-T ve M-H eğrileri çizilmiştir. Martensitik faz geçiş sıcaklıkları M-T grafiklerinden ve fark taramalı kalorimetre (DSC) ölçümlerinden karşılaştırmalı olarak elde edilmiştir. Manyetokalorik etkinin bir ölçüsü olan manyetik entropi değişimi Maxwell bağıntıları yardımıyla M-H grafiklerinden, Landau kuramı yardımıyla M/H-M2 Arrot grafiklerinden hesaplanmış ve çeşitli manyetik alan şiddetleri için sıcaklığa bağlı grafikler halinde sunulmuştur. Ayrıca her iki malzeme için elde edilen soğutma kapasitesi ve göreli soğutma gücü değerleri literatürdeki diğer manyetokalorik malzemelerinkiyle karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The research activities on the materials showing magnetocaloric effect that is aimed to be utilized as the active component of magnetic cooling systems, have been fairly increased over the last decades. Being considered among the candidate material systems, some Heusler alloys show the shape memory property at the same time. Ni-Fe-Ga system forms alloys which presents martensitic phase transition and magnetic phase transition, that it is possible to shift the phase transition temperatures by substituting Co element for the Ni element in small proportion. For this reason, in order to shift the phase transition temperatures towards the room temperature, Co substituted Ni54Fe19Ga27 Heusler alloys have been taken into account. In this work, the samples of Ni54-xCoxFe19Ga27 (x=3,4) Heusler alloys were prepared by using arc melting method. Homogeneity of the samples was determined by Scanning Electron Microscope (SEM), and alloy compositions checked by EDX. The structural properties of the samples were characterized using powder X-ray diffraction method, and the expected phases were confirmed by applying Rietveld refinement technique. The M-T and M-H curves were plotted related to the magnetic properties of the samples from the magnetization measurements as functions of temperature and magnetic field. Martensitic phase transition temperatures were obtained from M-T plots and Differential Scanning Calorimeter (DSC) measurements, comparatively. Magnetic entropy changes as a measure of magnetocaloric effect were computed from M-H plots using Maxwell relations and from M/H-M2 Arrot plots using Landau theory and their graphs as a function of temperature for various magnetic field intensities were presented. Also the cooling capacities and relative cooling powers for the two materials were obtained and compared with those of magnetocaloric materials in the literature.