欠陥極少化NiMnGa強磁性形状記憶合金粒子とそれによる高効率磁気冷却材料の開発

开发具有最小缺陷的NiMnGa铁磁形状记忆合金颗粒以及使用它们的高效磁冷却材料

• 批准号: 22K14491
• 负责人: CHIU WANTING
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14491/
• 关键词: Ni-Mn-Ga; 強磁性形状記憶合金; 形状記憶合金; 磁気冷却; NiMnGa; 複合材料; 単結晶; Ni-Mn-Ga; 強磁性形状記憶合金; 形状記憶合金; 磁気冷却; NiMnGa; 複合材料; 単結晶

本研究では、分散相として使用するBi元素を微量添加することによって、意図的にNi-Mn-Ga合金の結晶粒を分散し、脆化した。脆化した粒子を一定な温度でNi-Mn-Ga-(Bi)合金を機械粉砕し、単結晶粒子を成功に作製した。さらに、前述の粒界工学を行うことによって、欠陥が極めて少ない単結晶Ni-Mn-Ga粒子の作製を達成できた。熱分析、微細構造などの観察により、本研究で作製したNi-Mn-Ga粒子は、単結晶であることを確認した。また、Biの添加量を最適化するために、Biの添加量を微調整した。0.00、0.01、0.03、0.05 at.%のBiをそれぞれ、Ni-Mn-Ga合金にドーピングし、インゴットを作製した。Biの微量添加によって、明瞭的な結晶粒微小化が観察された。0.05 at.%のBiの添加の合金では、微かなBiがNi-Mn-Ga合金に固溶した。一方、0.03 at.%のBiを添加した合金では、Biの固溶量が極めて少ないうえ、結晶粒の大きさは、0.05 at.%のBiを添加した合金とほとんど同程度であることを確認した。以上のことから、0.03 at.%のBiの添加量は最適である。さらに、機械粉砕の効率を確認するために、Biを添加したNi-Mn-Ga合金をそれぞれ2Dと3Dの分析を行った。微細組織の観察（SEM像など）で2Dの分析を行った。一方、粉砕した単結晶粒子の異なる大きさの分布で3Dの分析を行った。本研究で実行し機械粉砕は、効率的に欠陥が極めて少ない単結晶Ni-Mn-Ga粒子を作製することができたと確立した。それらの単結晶粒子を利用し、(1)単結晶Ni-Mn-Ga粒子/シリコーンゴムおよび(2)単結晶Ni-Mn-Ga粒子/Cu薄膜の複合材料を創成した。単結晶Ni-Mn-Gaバルク材料とほぼ同程度の形状変形を達成できた。

在这项研究中，通过添加少量的BI元素用作分散阶段，有意分散和掩盖了Ni-Mn-GA合金的晶粒。通过机械研磨Ni-Mn-Ga-（BI）合金以成功制造单晶颗粒，将封闭颗粒在恒定温度下进行机器粉丝。此外，通过执行上述晶界工程，可以实现极少缺陷的单晶Ni-MN-GA颗粒的产生。通过观察热分析和精细结构，可以证实这项研究中产生的Ni-MN-GA颗粒是单晶。此外，为了优化添加的BI量，添加的BI量进行了细微调整。 0.00、0.01、0.03和0.05 at。％的BI被掺入Ni-Mn-GA合金中以制备铸康。在少量添加BI时，观察到清晰的谷物微渗透。在添加0.05 at的合金中，将轻微的BI溶解在Ni-MN-GA合金中。另一方面，可以证实合金中添加0.03 at。％bi的固体溶液量量，并且晶粒尺寸几乎与添加的合金中添加0.05 at 0.％bi的合金中添加了0.05 at。添加了0.05 at。at。at。％bi。基于上述，添加为0.03 at。％的BI量是最佳的。此外，为了确认机器研磨的效率，分别在2D和3D中分析了带有BI的Ni-MN-GA合金。使用微结构观测值（例如SEM图像）进行2D分析。同时，使用压碎的单晶颗粒的不同尺寸分布进行3D分析。在这项研究中，确定机械磨削能够有效地产生具有极少缺陷的单晶Ni-MN-GA颗粒。使用这些单晶体颗粒，由（1）单晶Ni-Mn-GA颗粒/硅橡胶和（2）创建了单晶Ni-Mn-GA颗粒/Cu薄膜。形状变形几乎与单晶体Ni-Mn-GA散装材料的变形相同。