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设计具有改善的磁性能的高熵合金的机制

磁性材料无处不在-在发动机,风力涡轮机,电子设备和冰箱中-因此,人们迫切需要具有更好磁性的材料。TU Delft的研究人员,材料科学与工程系的Biswanath Dutta和FritzKörmann揭示了一种机制,可以改善相对较新的一类称为HEA的多组分合金的磁性能。他们的工作本周发表在《高级功能材料》上。

高熵合金(HEA)大约在15年前提出,从那时起,由于其出色的物理,机械和功能特性,例如更高的强度,良好的磁性能和更好的电阻,引起了材料科学界的广泛关注生锈和腐蚀。杜塔说:“该项目的重点是寻找新的机制,以改善HEA的磁性能。” “要做到这一点,就必须研究化学反应,从而改变合金的成分。”

传统的合金通常由一个主要成分和少量的其他添加元素组成,例如钢,是一种铁与1%的碳混合而成的合金,而传统的合金与之不同,HEA几乎由五个或更多个元素以相等的比例组成。在这项研究中,研究小组研究了FeCoNiMnCu HEA的成分,该成分包含铁,钴,镍,锰和铜。杜塔说:“我们在德国马克斯-普朗克研究所的同事在特定的固定温度下将这种材料加热了不同的时间。” “他们注意到了两件事:一是加热HEA 240小时改善了它的磁性能。二是在材料中,不同元素被隔离到合金内的不同区域。”

杜塔(Dutta)利用这些信息进行了理论模拟,最终得以解释了为什么长时间加热后磁性能会得到改善:“铜不喜欢与其他元素形成固体均匀的混合物,所以加热样品的次数越多,铜越难与其他四种元素分离开来,从而导致组成不同的不同区域,例如富铁钴区域和富铜区域。” 这些不同的区域具有不相等的体积,从而导致较大体积和较小体积之间的相干应力。“而且如果这些区域之一对磁性能特别重要,则体积膨胀可以改善那些磁性能。”

因此,实际上,这里有两种机制在起作用:一种是形成具有不同化学组成的两个区域(这种现象在技术上称为旋节线分解),而另一个因素是所导致的体积差异以及不同区域之间的相干应力。

在对这些机理有了更好的理解之后,研究人员可以开始研究其他磁性HEA和多组分合金,以确定是否发生这种相同行为,从而改善了它们的磁性。杜塔说:“试图通过旋节线分解改善磁性能的概念是非常新的,而且这些新机制将帮助我们寻找新的磁性材料,例如在较少使用气体而更多使用的制冷系统中可能使用的磁性材料。固态磁性材料,将更加环保。”

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