FCC-BCC phase stability and magnetism in Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Alxand Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Gax high entropy alloys
Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Alx ve Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Gax yüksek entropi alaşımlarında FCC-BCC faz geçişi ve manyetizma
- Tez No: 787911
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ASLI ÇAKIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Faz geçişleri, Kristal yapı, Manyetizma, Mikrosertlik, Yüksek entropili alaşımlar, Phase transitions, Crystal structure, Magnetism, Microhardness, Spark plasma sintering
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Alx ve Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Gax (x = 0, 5, 10, 15, 20 at %) yüksek entropi alaşımlarının (HEAs) yapısal ve manyetik özellikleri incelenmiştir. Alaşımlar, yüksek saflıkta elementler kullanılarak bir ark ergitme yöntemi ile üretilmiştir. Değişen Al ve Ga içeriklerinin kristal yapılar üzerindeki etkisi X-ışınları difraktometresi (XRD) kullanılarak incelenmiştir. Kimyasal bileşimlerinin belirlenmesi enerji dağılımlı x-ışını analizi (EDX) ile gerçekleştirildi. Manyetik özellikler, süper iletken kuantum girişim cihazı (SQUID) manyetometresi ile incelendi ve alaşımların mikro sertliği Vickers-sertlik test cihazı kullanılarak araştırıldı. XRD sonuçlarından, x = 0 ve 5 %Al ve x = 0, 5 ve 10 % Ga için yüzey merkezli kübik (FCC) kristal yapısı gözlendi. FCC fazına ek olarak, Al ve Ga miktarının daha da artmasıyla hacim merkezli kübik (BCC) yapısı oluşur. Ayrıca eşmolar Mn20Fe20Co20Ni20Al20 HEA, süper yapı piklerinin ortaya çıkmasıyla düzenli intermetalik B2 fazı olarak oluşur. Manyetizasyon ölçümleri, FCC ve BCC yapılarının kendi karakteristik manyetik özellikleriyle oluştuğunu ortaya çıkarmıştır. FCC fazı, ferromanyetik ve anti-ferromanyetik karışık manyetik etkileşimler sergilerken, BCC yapısı saf ferromanyetizma ile yumuşak manyetik davranışı ile ortaya çıkmıştır. Tüm Al ve Ga örnekleri için doygunluk manyetizasyonu, zorlayıcı alanları, Curie sıcaklıkları ve her bir alaşımın ve fazın ortalama manyetik moment değerleri belirlenmiş ve değerlendirilmiştir. Ek olarak, ferromanyetik ve anti-ferromanyetik karışık manyetik etkileşimlerin bir sonucu olarak exchange bias etkisi gözlenmiştir. Yüksek miktardaki Al ve Ga alaşımlarında bu etki kaybolmuştur. Değerlik elektron sayıları ve ortalama manyetik momentler, her iki HEA serisi için Slater-Pauling kuralına göre yorumlanmıştır. Mikro sertlik sonuçları, BCC yapısının oluşumunun hem Al hem de Ga ilavesi için sertlikte belirgin bir artışa yol açtığını göstermektedir. Ayrıca bu HEA'ların manyetokalorik özellikleri de araştırıldı. Alan bağımlı entropi değişimi, x = 0 için incelenmiştir. 5 T manyetik alanda Curie sıcaklığı etrafında maksimum entropi değişimi 0.96 Jkg-1K-1 olarak bulunmuştur. Entropi değişimi, ölçülen sıcaklık aralığında sıfıra düşmemiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, the structural and magnetic properties of Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Alx and Mn20Fe20Co20Ni20Cu(20-x)Gax (x = 0, 5, 10, 15, 20 at %) high entropy alloys (HEAs) were investigated. The alloys were produced in an arc melter by using high purity elemental materials. The effect of varying Al and Ga contents on the crystal structures were studied using X-ray diffraction (XRD). Determination of the chemical compositions were performed by energy dispersive x-ray analysis (EDX). Magnetic properties were investigated with a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer, and the micro-hardness of alloys was investigated using a Vicker-hardness tester. From the XRD results, the face-centered cubic (FCC) crystal structure was observed for x = 0 and 5 at% Al and x = 0, 5 and 10 at% Ga. In addition to the FCC phase, the body-centered cubic (BCC) structure is formed by further increasing the amount of Al and Ga. Moreover, the equimolar Mn20Fe20Co20Ni20Al20 HEA forms as the ordered intermetallic B2 phase as seen by the appearance of super-structure peaks. Magnetization measurements revealed that FCC and BCC structures emerge with their own characteristic magnetic properties. While the FCC phase exhibits ferromagnetic and anti-ferromagnetic mixed magnetic interactions, the BCC structure comes along with its soft magnetic behavior with pure ferromagnetism. The saturation magnetization, coercive fields, Curie temperatures and average magnetic moment values of each alloy and phase were determined and evaluated for all Al and Ga. Additionally, the exchange bias effect was observed as a result of ferromagnetic and antiferromagnetic mixed magnetic interactions. It vanishes for high amounts of Al and Ga. The valence electron numbers and average magnetic moments were interpreted in view of the Slater-Pauling rule for the two HEA series. Micro-hardness results show that the formation of the BCC structure leads to a distinct increase in the hardness for both Al and Ga addition. We have also investigated the magnetocaloric properties of these HEAs. The field dependent entropy change was studied for x = 0 at%. The maximum entropy change was found as 0.96 Jkg-1K-1 around Curie temperature at 5 T magnetic field. The entropy change does not reduce to zero in the measured temperature range.
Benzer Tezler
- Iron based magnetic nanoparticles: Synthesis using different production methods, encapsulation with silica/graphene, characterization and performance tests
Demir esaslı manyetik nanopartiküller: Farklı metotlar kullanarak sentezlenmesi, silika/grafen ile enkapsülasyonu, karakterizasyonu ve performans testleri
SIDDIKA MERTDİNÇ ÜLKÜSEVEN
Doktora
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- Yüksek entropi (HfTiZrTa/Cr)B2 esaslı seramiklerin farklı yöntemler kullanılarak sinterlenmesi ve karakterizasyonu
High entropy (HfTiZrTa/Cr)B2 based boride ceramics sintered via using different methods and related characterization studies
ESİN AYSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- Investigation on the temperature dependent mechanical behavior of adual-phase multi-principal element alloy with transformation induced plasticity
Dönüşümle indüklenen plastisiteye sahip iki fazlı çok bileşenli alaşımın sıcaklığa bağlı mekanik davranışının incelenmesi
YASHAR M. SARDROUDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEY GÜVEN YAPICI
- Structural and mechanical characterization of scale-up FeCoCrNi, FeCoCrNiCux ve FeCoCrNiAlx high entropy alloys (HEAs)
Büyük ölçekli FeCoCrNi, FeCoCrNiCux ve FeCoCrNiAlx yüksek entropili alaşımların (Yea'ların) yapısal ve mekanik karakterizasyonu
ZİYA ANIL ERDAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY
- Thermal stabilization and mechanical properties of nanocrystalline Fe-Ni-Zr alloys
Başlık çevirisi yok
HASAN KOTAN
Doktora
İngilizce
2013
Metalurji MühendisliğiNorth Carolına State UnıversıtyMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. CARL C. KOCH
PROF. RONALD O. SCATTERGOOD