Microestructura y propiedades magnéticas de cintas con memoria de forma ferromagnética sintetizadas por la técnica de twin-roller melt-spinning

G. POZO LÓPEZ; A.M. CONDÓ; L.M. FABIETTI; R. GIORDANO; S.E. URRETA

Carlos Paz, Córdoba

Encuentro; 97ª Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2012

Las aleaciones ferromagéticas Ni-Mn-Ga con memoria de forma han emergido en las últimas décadas como nuevos materiales inteligentes y multifuncionales. Estas aleaciones, además de mostrar el comportamiento convencional de memoria de forma activado por temperatura o tensión mecánica, presentan como principales características: el efecto memoria de forma magnético, la superelasticidad asistida por campo magnético e interesantes propiedades magnetocalóricas y de transporte, lo que las convierte en excelentes materiales para aplicaciones en sensores, actuadores, motores y en sustancias de trabajo para la tecnología de refrigeración magnética.Si bien la mayoría de las investigaciones se han realizado en monocristales y muestras bulk, recientemente se han implementado rutas de solidificación ultrarrápida, como la técnica de melt spinning mono-rodillo, para preparar aleaciones en forma de cintas con gran eficiencia.En este trabajo se sintetizan cintas de Ni2MnGa directamente desde la fase líquida, utilizando por primera vez la técnica de melt spinning con doble rodillo (twin roller), la que permite imponer condiciones de templado más uniformes. Se emplean velocidades tangenciales de los rodillos de 10, 15 y 20 m/s. La microestructura de las cintas as cast es analizada por difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y microanálisis por rayos X (EDS). Las propiedades magnéticas en función de la temperatura se miden en un magnetómetro SQUID.Las cintas obtenidas tienen un espesor aproximado de 50 μm y un ancho de 2 mm. No se observan diferencias en las caras de las cintas lo cual indica condiciones simétricas de solidificación. La microestructura granular de las cintas, al realizar un corte transversal por fractura, se caracteriza por presentar granos equiaxiados de aproximadamente 4 μm en la superficie y granos columnares en el centro, de 1 a 5 μm de ancho y hasta 15 μm delargo. A temperatura ambiente las cintas se encuentran en fase Ni2MnGa austenítica ferromagnética con orden L21. Los parámetros de red para las tres muestras resultan indistinguibles entre sí, presentando un valor promedio de 5.832 ºA, en concordancia con valores ya reportados en la literatura. Los tres conjuntos de cintas estudiados presentan una orientación preferencial de la dirección [100] perpendicular al plano de la cinta que se acentúa con la velocidad de los rodillos, es decir, con la velocidad de templado.Adicionalmente, se observa la presencia de pequeños precipitados de una segunda fase con diámetros entre 10 y 100 nm, ricos en Mn, S y Se, atribuibles a las impurezas del Mn 99.95% utilizado como precursor. Estos precipitados presentan una estructura similar al NaCl con un parámetro de red igual a 5.309 ºA y tienen todos la misma orientación dentro de la austenita. Asociadas a estos precipitados, se encuentran dislocaciones que podrían relacionarse con sumideros de vacancias producidas por el templado.Las temperaturas de transformación martensítica son determinadas a partir de curvas de magnetización en función de la temperatura bajo un pequeño campo aplicado en condiciones zero field cooling-field cooling (zfc-fc). Las temperaturas obtenidas (120 K en promedio) se encuentran muy por debajo del valor encontrado en muestras Ni2MnGa bulk (202 K). Se discute este efecto en términos del grado de orden parcial de la estructura L21 y de las tensiones internas en las cintas, originadas por la solidificación ultrarrápida.