Solidificación ultra rápida de aleaciones Ni2MnGa policristalinas con memoria de forma ferromagnética

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

Mendoza

Congreso; 3er. Congreso Argentino de Microscopía (SAMIC 2014); 2014

Asociación Argentina de Microscopía (SAMIC)

Las aleaciones de Ni2MnGa se caracterizan por poseer memoria de forma magnética (MFM). La clave de este comportamiento es la transformación martensítica que experimentan cuando son enfriadas por debajo de una temperatura crítica. El mecanismo que da origen a la MFM tiene lugar en esta fase martensítica e involucra el movimiento de bordes de maclas, inducido por un campo magnético aplicado [1], el que produce a su vez importantes deformaciones; de hecho, en el caso de aleaciones con MFM, el movimiento de las maclas se puede activar por la aplicación tanto de tensiones como de campo magnético. Estas propiedades las convierten en materiales inteligentes y multifuncionales, para aplicaciones en sensores, actuadores y motores [2,3]. La magnitud del efecto MFM es importante en monocristales, siendo en general despreciable en muestras policristalinas. Sin embargo, se ha demostrado recientemente que es posible lograr con técnicas de solidificación ultra-rápida cintas policristalinas de esta aleación, con granos orientados de manera tal que la textura cristalográfica y el estado de tensiones internas en el material dan origen a la MFM [4,5]. En este trabajo se producen cintas de Ni2MnGa directamente desde la fase líquida, utilizando las técnicas de solidificación ultra-rápida melt spinning mono rodillo (single roller, SR) y melt spinning con doble rodillo (twin roller, TR) para dos velocidades de sustrato: 10 m/s y 15 m/s (muestras V10 y V15, respectivamente). La microestructura de las cintas se analizó por difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y microanálisis por rayos X (EDS). Las muestras de TEM se prepararon por electropulido utilizando doble jet y un electrolito de ácido nítrico (20%) con metanol. Las temperaturas de transformación martensítica y las propiedades magnéticas de las muestras se midieron en un magnetómetro SQUID. Los diagramas de difracción de rayos X (Fig. 1) realizados sobre las superficies de las cintas solidificadas en contacto con el rodillo (CS: contact surface) y las superficies solidificadas "al aire" (FS: free surface), al igual que estudios de difracción de electrones (Fig. 2), indican que a temperatura ambiente las muestras se encuentran en fase Ni2MnGa austenítica con orden L21. Debido al método de procesamiento, las cintas presentan además, una orientación cristalográfica preferencial muy marcada, con la dirección [100] perpendicular al plano de la cinta, que resulta muy beneficiosa para las propiedades de memoria de forma magnética. Esta característica es más notoria en las superficies solidificadas al aire de las muestras SR. Micrografías SEM de cortes transversales por fractura (Fig. 3) muestran que las cintas SR presentan granos equiaxiados en la superficie en contacto con el rodillo (CS) y granos columnares que crecen desde la superficie enfriada al aire (FS), de 2-8 μm de ancho. Por otro lado, en las muestras TR se observan granos equiaxiados en las vecindades de ambas superficies y granos columnares de mayor diámetro medio (~20 μm) en la zona central de las cintas. Resultados de microanálisis por rayos X (EDS) sobre la matriz confirman la composición estequiométrica Ni2MnGa en las cintas. Por TEM se observan pequeños precipitados (~10-60 nm) ricos en Mn y S (Figs. 4a y b), atribuibles a impurezas del Mn utilizado como precursor. Adicionalmente, alrededor de los precipitados, se observan dislocaciones. Del patrón de difracción se obtiene que el cociente entre las distancias interplanares de los precipitados y de la matriz (inset Fig. 4b) resulta igual a 0.89, en concordancia con resultados previamente reportados en [5]. [1] R. C. O'Handley, J. Appl. Phys. 83 (1998) 3263. [2] R. Kainuma, Y. Imano, W. Ito, Y. Sutou, H. Morito, S. Okamoto, O. Kitakami, K. Oikawa, A. Fujita, T. Kanomata, K. Ishida. Nature (London) 439, (2006) 957-960. [3] D. C. Dunand, P. Müllner. Adv. Mater. 23 (2011) 216-232. [4] J. Wang, C. Jiang, R. Techapiesancharoenkij, D. Bono, S. M. Allen, R. C. O'Handley. J. Appl. Phys. 106, (2009) 023923-1-3. [5] G. Pozo López, A. M. Condó, R. N. Giordano, S. E. Urreta, N. Haberkorn, E. Winkler, L. M. Fabietti. J. Magn. Magn. Mater. 335 (2013) 75-85.