MAGNITNYE I TERMOELEKTRIChESKIE SVOYSTVA SPLAVOV NA OSNOVE SISTEMY Fe–Al–Mn, POLUChENNYKh METODOM SAMORASPROSTRANYaYuShchEGOSYa VYSOKOTEMPERATURNOGO SINTEZA

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В настоящей работе впервые реализован самораспространяющийся высокотемпературный синтез термоэлектрических сплавов на основе тройной системы Fe–Al–Mn. Проведено детальное исследование влияния состава сплавов Fe–Al–Mn на их микроструктуру, электросопротивление и коэффициент Зеебека в широком температурном диапазоне 300–1000 K. Установлено, что значение коэффициента Зеебека синтезированных сплавов возрастает с увеличением содержания железа, достигая максимального значения 15.47 мкВ/К при температуре 657 K. Для сплавов, полученных из смесей 40Fe–5MnAl, 32Fe–2.5MnAl и 25Fe–50MnAl (ат. %), максимальные значения электросопротивления наблюдаются при температуре T = 900 K и составляют 14.5, 20.7 и 39.3 мкОм м соответственно. Магнитные измерения синтезированных сплавов показали их ферромагнитное поведение. Сплав состава 40Fe–5MnAl демонстрирует максимальные значения остаточной намагниченности 0.24 A м2/кг и коэрцитивной силы 3.393 кА/м.

References

  1. Leyens C., Peters M. Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications. Weinheim: Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003.
  2. Kang C., Wang H., Bahk J., Kim H., Kim W. Thermoelectric Materials and Devices // Hierarchical Nanostructures for Energy Devices. RSC Nanoscience & Nanotechnology. 2015. № 35. P. 107.
  3. Ганиев И.Н., Шоназаров Р.С., Элмурод А., Файзуллоев У.Н. Теплоемкость и термодинамические функции алюминиевого сплава AlCu4.5Mg1, легированного барием // ТВТ. 2023. Т. 6. № 5. С. 673.
  4. Клындюк А.И., Хорт А.А. Теплофизические свойства твердых растворов мультиферроиков Bi1–xNdxFe1–xMnxO3 (x = 0.03, 0.09) при высоких температурах // ТВТ. 2019. Т. 57. № 2. С. 207.
  5. Jain V.K., Yadav M.K., Siddiquee A.N., Khan Z.A., Sharma Ch. Synthesis of Fe–Al Intermetallic by Mechanical Alloying Process // J. Inst. Eng. India Ser. D. 2022. V. 103. № 2. P. 621.
  6. Dash Sh., Lukoyanov A.V., Nancy, Mishra D., Mohammed Rasi U.P., Gangineni R.B., Vasundhara M., Patra A.K. Structural Stability and Magnetic Properties of Mn2FeAl Alloy with a β-Mn Structure // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 513. P. 167205.
  7. Jum’h I., Sâad essaoud S., Baaziz H., Charifi Z., Telfah A. Electronic and Magnetic Structure and Elastic and Thermal Properties of Mn2-based Full Heusler Alloys // J. Supercond. Novel Magn. 2019. V. 32. № 12. P. 3915.
  8. Martin J., Tritt T., Uher C. High Temperature Seebeck Coefficient Metrology // J. Appl. Phys. 2010. V. 108. P. 121101.
  9. Ben Abdellah A., Grosdidier B., Osman S.M., Mujibur Rahman S.M., Mayoufi M., Ataati J., Gasser J.G. Spin-state Dependence of Electrical Resistivity and Thermoelectric Power of Molten Al–Mn Alloys: Experiment and Theory // J. Alloys Compd. 2016. V. 658. № 15. P. 1010.
  10. Li H., Hayashi K., Nagashima Y., Yoshioka S., Dong J., Li J-F., Miyazaki Y. Effects of Disorder on the Electronic Structure and Thermoelectric Properties of an Inverse Full–Heusler Mn2CoAl // Alloy. Chem. Mater. 2021. V. 33. P. 2543.
  11. Loginova I., Marjolaine Sazerat, Popov N., Pozdniakov A., Solonin A. Features of Structure Formation in an Al–Fe–Mn Alloy upon Crystallization with Various Cooling Rates // Russ. J. Non-ferrous Metals. 2021. V. 62. № 1. P. 72.
  12. Zhua X., Blakeb P., Jia S. The Formation Mechanism of Metastable Al6(Fe, Mn) Phase in Die-cast Al–Mg Alloys // Cryst. Eng. Comm. 2018. V. 20. P. 3839.
  13. Marchenkov V.V., Irkhin V.Yu., Semiannikova A.A., Korenistov P.S., Marchenkova E.B. The Electrical Resistivity, Magnetic, and Galvanomagnetic Properties of a Cast and Rapid Melt Quenched Mn3Al Heusler Alloy // Phys. Metals Metallogr. 2023. V. 124. № 4. P. 321.
  14. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. М.: Физматлит, 2012.
  15. Сивакова А.О., Лазарев П.А., Боярченко О.Д., Сычев А.Е., Сычев Г.А. Особенности формирования g-фазы Al9Mn3Si в условиях высокотемпературного синтеза в системе Al–Mn–Si: горение, структуро- и фазообразование // ФГВ. 2025. Т. 61. № 1. С. 36.
  16. Sivakova A.O., Karpov A.V., Busurina M.L., Lazarev P.A., Sytschev G.A., Morozov Yu.G., Sytschev A.E. Self-propagating High-temperature Synthesis of Cu– Mn–Al Alloys: Thermoelectric and Magnetic Properties // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2024. V. 33. P. 237.
  17. Ran Q. Al–Fe–Mn Ternary Phase Diagram Evaluation, Partial Isothermal Section at 1000°C / Ed. G. Effenberg. Stuttgart: Materials Science International Services GmbH, Springer Materials, 1992. https://materials.springer.com/msi/phase-diagram/docs/sm_msi_r_10_010204_01_full_LnkDia4
  18. Program for Thermodynamics Equilibrium Calculations “THERMO”. https://ism.ac.ru/thermo/
  19. Карпов А.В., Морозов Ю.Г., Бунин В.А., Боровинская И.П. Влияние оксида иттрия на электропроводность нитридной СВС-керамики // Неорган. матер. 2002. Т. 38. № 6. С. 762.
  20. Карпов А.В., Сычев А.Е., Сивакова А.О. Устройство для измерения коэффициента Зеебека термоэлектрических материалов в диапазоне температур 300–800 К // Измерит. техн. 2023. № 8. С. 67.
  21. Kubaschewski O. Iron – Binary Phase Diagrams. Berlin, Heidelberg: Springer, 1982.
  22. Voronina, E.V., Al’Saedi, A.K., Ivanova, A.G., Arzhnikov A.K., Dulov E.N. Structural and Phase Transformations Occurring During Preparation of Ordered Ternary Fe–Al–M Alloys (with M = Ga, B, V, and Mn) by Mechanical Alloying // Phys. Metals Metallogr. 2019. V. 120. № 12. P. 1213.
  23. Enayati M.H., Salehi M. Formation Mechanism of Fe3Al and FeAl Intermetallic Compounds During Mechanical Alloying // J. Mater. Sci. 2005. V. 40. P. 3933.
  24. Liu C., Fan C.Z. Crystal Structure of the λ-Al13Fe4-type Intermetallic (Al,Cu)13(Fe,Cu)4 // Inorganic Compounds IUCrDATA. 2018. V. 3. Pt. 3. x180363.
  25. Atomic Radius in the Periodic Table of Elements. National Library of Medicine. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/periodic-table/atomic-radius/
  26. Cao X., Kim C.-S., Yoo H.-I. Effect of Substitution of Manganese for Iron on the Structure and Electrical Properties of Yttrium Ferrite // J. Am. Ceram. Soc. 2004. V. 84. Iss. 6. P. 1265.
  27. Stanisław J., Krzysztof K., Zbigniew B. Kinetics of Reactions in FeAl Synthesis Studied by the DTA Technique and JMA Model // Intermetallics. 2010. V. 18. Iss. 7. P. 1332.
  28. Семкин С.В., Смагин В.П. Термодинамические функции и фрустрационные свойства магнетиков // Вестник ВГУЭС. 2021. № 3. С. 158.
  29. Hayashi K., Li H., Eguchi M., Nagashima Y., Miyazaki Y. Magnetic Full-Heusler Compounds for Thermoelectric Applications. In: Magnetic Materials and Magnetic Levitation / Eds. D.R. Sahu, V.N. Stavrou. IntechOpen, 2020. 202 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).