Producció i anàlisi d’aliatges heusler no estequiomètrics: ni-mn-sn-(co,fe)

• Autores: Alexandre Deltell Carbonell
• Directores de la Tesis: Joan Josep Suñol Martínez (dir. tes.), Lluïsa Escoda Acero (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Girona ( España ) en 2020
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Núria Llorca i Isern (presid.), Antoni Pujol Sagaró (secret.), Eloi Pineda Soler (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medio Ambiente por la Universidad de Girona
• Materias:
  • Física
    • Electromagnetismo
      • Magnetismo
    • Física del estado sólido
      • Aleaciones
      • Estructura cristalina
  • Ciencias tecnológicas
    • Procesos tecnológicos
      • Refrigeración
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • Els aliatges amb memòria de forma magnètica són un subconjunt dels materials amb memòria de forma que responen a l’aplicació de camps magnètics externs. Aquests materials desperten actualment interès, donades les seves propietats, per a la seva aplicació com actuadors, sensors o per a aprofitar el seu efecte magnetocalòric (directe o invers) per a implementar sistemes de refrigeració magnètica. En aquesta darrera aplicació interessa que l’efecte magnetocalòric es trobi proper a les temperatures ambientals o de forma més general a temperatures similars a les de treball.

    Dins els aliatges amb memòria de forma magnètica, aquells amb transformacions de fase induïdes magnèticament a temperatures ambientals són els més interessant per aplicacions de refrigeració magnètica. D’entre aquests aliatges, els de tipus Heusler (tant estequiomètrics com no estequiomètrics) han estat, i de fet, són actualment, dels més estudiats, donat que permeten la modificació de les temperatures de transició a partir de variacions de composició o producció. Els primers aliatges Heusler que es van estudiar en profunditat, i segurament dels que més informació es disposa actualment, són els aliatges basats en els precursors Ni Mn Ga. Més tard s’incrementà l’interès en els aliatges basats en els precursors Ni Mn Z (Z In, Sn, Sb).

    L’objectiu d’aquest treball és la producció i caracterització d’aliatges Heusler no estequiomètrics basats en una composició amb níquel, manganès i estany, dopats amb cobalt o ferro, pensant en aplicacions de refrigeració magnètica. S’identificarà l’efecte del dopatge, tant en l’estructura cristal·lina que adoptin els aliatges, com en les temperatures de transició de fase, paràmetres termodinàmics o magnetocalòrics, per tal de determinar si aquests aliatges són adequats per la seva utilització en aplicacions de refrigeració magnètica.

    La producció dels aliatges s’ha realitzat amb tècniques de arc melting, per la producció dels massissos i posteriorment melt spinning, conformant els aliatges en forma de cinta.

    La caracterització s’ha basat en tècniques de microscòpia electrònica (SEM), per comprovar l’estructura morfològica dels aliatges a temperatura ambient, tècniques de microanàlisi (EDX) per disposar de la composició final de les mostres, difractometria de raig X (DRX) per extreure informació de l’estructura cristal·lina a diferents temperatures, Calorimetria (DSC) per tal d’estudiar les variacions tèrmiques i entròpiques induïdes pels canvis de fase en els aliatges i finalment tècniques de magnetometria per tal de caracteritzar el comportament dels canvis de fase sota l’aplicació de diferents camps magnètics.

    En l’anàlisi de les dades s’ha prescindit de la utilització de programaris de tercers, i tot l’anàlisi s’ha realitzat en fulls de càlcul o programari específicament desenvolupat per a aquest treball.

    Entre els resultats obtinguts en el present treball es pot concloure que tant els aliatges dopats amb Co com els dopats amb Fe presenten una morfologia semblant, amb creixements columnars orientats en la direcció perpendicular al pla de les cintes. El dopatge amb Co o Fe disminueix les temperatures de canvi de fase estructural. Pel que fa a la tendència de les temperatures de transició estructural en funció del paràmetre e/a, aquesta és divergent en ambdós aliatges. Si bé en els aliatges dopats amb Co aquestes tendeixen a augmentar a l’augmentar el valor de e/a, en els aliatges dopats amb Fe es mostra la tendència oposada. Alhora destaca el fet que els aliatges dopats amb Fe tinguin un grau de termoelasticitat en la transformació estructural major als aliatges dopats amb Co. Per tot plegat els aliatges dopats amb Fe presenten valors de capacitat refrigerant (RC) superiors als aliatges dopats amb Co i en general són més aptes per la seva utilització en aplicacions de refrigeració magnètica, pel que fa a les composicions i produccions estudiades en aquest treball.