Mn yerine Ti eklenmesinin comnge alaşımının yapısal, manyetik ve manyetokalorik özelliklerinin üzerine etkisinin incelenmesi
The investigation of the effect of the substitution of Ti for Mn on the structural, magnetic and magnetocaloric properties of comnge alloy
Yazar: OĞUZ YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. İLKER DİNÇER
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında günümüzde geleneksel gaz sıkıştırmalı soğutma teknolojilerinin yerine kullanılabilecek, daha verimli ve çevre dostu bir teknoloji olan manyetik soğutma sistemlerinde kullanılmak üzere oda sıcaklığı yakınlarında devasa manyetokalorik etki gösteren alaşımların elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda CoMnGe alaşımında Mn-Ti yer değiştirmesi yapılarak, CoMnGe alaşımının 650 K' deki yapısal faz geçişi sıcaklığını, 345 K'deki manyetik faz geçişi sıcaklığı ile oda sıcaklığı yakınlarında çakıştırarak devasa manyetokalorik etki elde edilmiştir. Bu çalışmada CoMn1-xTixGe (x=0.05, 0.10 ve 0.15) alaşımları ark eritme fırınında üretilmiştir. Alaşımların yapısal, manyetik ve manyetokalorik özellikleri üzerine etkisini incelemek amacıyla ısıl işlem uygulanmıştır. Isıl işlem 1123 K' de 5 gün boyunca yapılmış olup, ısıl işlem sonrasında alaşımlar buzlu suya atılarak hızla soğutulmuşlardır. Elde edilen alaşımların kompozisyonları Zeiss Evo 40 marka taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı x-ışını (EDX) analizi yapılarak belirlenmiştir. Alaşımların kristal yapılarını belirlemek için x-ışını toz kırınımı deneyleri yapılmıştır. Kırınım desenleri Rietveld arıtımı yöntemi ile analiz edilip kristal yapıları bulunmuştur. Üretilen malzemelerin yapısal faz geçiş sıcaklıkları taramalı kalorimetri ölçümleri ile belirlenmiştir. Alaşımların sıcaklığa ve manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümleri Fiziksel Özellikler Ölçüm Sisteminde yapılmıştır. Bu ölçümlerden yararlanarak manyetik entropi değişimleri, soğutma kapasiteleri ve göreli soğutma güçleri hesaplanmıştır.X-ışını toz kırınım desenlerinden, ısıl işlem öncesi ve sonrası alaşımların oda sıcaklığında hekzagonal (P 63 / mmc) yapıda oldukları belirlenmiştir. Yapılan taramalı kalorimetri ölçümlerinden CoMn0.95Ti0.05Ge alaşımının ısıl işlem öncesi ve sonrası yapısal faz geçişi gösterdiği belirlenmiştir. CoMn0.95Ti0.05Ge alaşımlarının sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümlerinde gözlenen ısıl histeresis de yapısal geçişi desteklemiştir. Maxwell eşitlikleri yardımı ile manyetik entropi değişimleri hesaplanmıştır. Hesaplanan manyetik entropi değerleri ısıl işlem öncesi ve sonrası CoMn0.95Ti0.05Ge alaşımı için 7T manyetik alan altında sırası ile 21.71 J/Kg.K ve 41.35 J/Kg.K bulunmuştur. Isıl işlem öncesi ve sonrası CoMn0.95Ti0.05Ge alaşımının soğutma güçleri, 7T manyetik alan altında sırası ile 153 J/Kg ve 325 J/Kg bulunmuştur. Isıl işlem uygulanması sonucunda manyetokalorik özellikleri çok büyük miktarda arttığı gözlenmiştir.

Abstract:
In this master thesis our aim was to produce magnetocaloric materials which exhibits giant magnetocaloric effect near room temperature for magnetic refrigeration systems. Compared to conventional gas compression based refrigeration systems, magnetic refrigeration is more efficient and enviromental friendly. According to this purpose, by substituting Mn-Ti in CoMnGe alloy, it was tried decrease first order structural phase transtion temperature from 650 K and second order mangetic phase transition from 345 K to near room temperature and most importantly same temperature. Accordingly CoMn1-xTixGe (x=0.05, 0.10 and 0.15) alloys were prepared by using arc metler. To investigate the effects on structural, magnetic and magnetocaloric properties of CoMn1-xTixGe alloy, prepared samples subjected to heat treatment. Heat treatment were done at 1123 K for five days and quenched in icy water. Composition of alloys were controlled by using Zeiss Evo 40 scanning electron microscope and energy dispersive x-ray analysis. Crystal structures of alloys were investigated by x-ray diffractometry experiments. X-ray patterns were analyzed by using Rietveld refinement method. Phase transition temperatures were investigated by differantial scanning calorimeter measurements. From temperature dependent and magnetic field dependent magnetization measurements, magnetic and magnetocaloric properties of alloys were investigated and by using magnetic field dependent magnetization measurments data refrigeration capacities and relative cooling powers were calculated.From x-ray patterns, annealed and as-cast alloys were found in hexagonal structure (P 63/m m c). Afterwards as cast and annealed CoMn0.95Ti0.05Ge alloys represented first order phase transition near room temperature at the differantial scanning calorimeter measurements. Accordingly temperature dependent magnetization measurements were done and as cast and annealed CoMn0.95Ti0.05Ge alloys exhibited temperature hysteresis at the phase transition temperatures. Due to this situation first order phase transformation were supported. By using related maxwell equations magnetic entropy changes were calculated. For as cast and annealed CoMn0.95Ti0.05Ge alloys magnetic entropy change values were found for 7T magnetic field change, 21.71 J/Kg.K and 41.35 J/Kg.K respectively. Therefore relative cooling powers of these alloys were calculated, for 7T magnetic field change, as cast and annealed alloys relative cooling powers were found 153 J/Kg and 325 J/Kg respectively. Due to results, heat treatment?s huge effect on magnetocaloric properties were found.