Термоэлектрические свойства сплава на основе системы Al–Mn–Si, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, совмещенного с прессованием

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, совмещенного с прессованием, впервые получен термоэлектрический сплав, содержащий фазу Mn₅(Si₂,5 Al_0,5). Микроструктура сплава представлена зернами размером до 10 мкм. Рентгенофазовый анализ показал наличие следующих фаз в синтезированном образце: Mn₅(Si_2,5 Al_0,5), TiC и SiO₂. Присутствие фаз TiC и SiO₂ связано с особенностями синтеза образца методом СВС-прессования. Проведено исследование термоэлектрических характеристик материала. Значение коэффициента Зеебека при комнатной температуре составляет около 8 мкВ/К и достигает широкого максимума 9–10 мкВ/К при T = 360 К, а максимальная величина удельного электросопротивления 1,5∙10^–2 Ом∙см достигается при комнатной температуре.

1. Skokov K. P., Gutfleisch O. Heavy rare earth free, free rare earth and rare earth free magnets − Vision and reality // Scr. Mater. – 2018. – V. 154. – P. 289–294. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.01.032

2. Berkowitz A. E., Livingston J. D., Walter J. L. Properties of Mn–Al–C magnets prepared by spark erosion and other rapid solidification techniques // J. Appl. Phys. – 1984. – V. 55. – P. 2106–2108. https://doi.org/10.1063/1.333579

3. Chaturvedi A., Yaqub R., Baker I. Microstructure and magnetic properties of bulk nanocrystalline MnAl // Metals. – 2014. – V. 4. – P. 20–27. https://doi.org/10.3390/met4010020

4. Jian H., Skokov K. P. , Gutfleisch O. Microstructure and magnetic properties of Mn–Al–C alloy powders prepared by ball milling // J. Alloys Compd. – 2015. – V. 622. – P. 524–528. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.10.138

5. Bittner F. , Freudenberger J., Schultz L., Woodcock T. G. The impact of dislocations on coercivity in L10–MnAl // J. Alloys Compd. – 2017. – V. 704. – P. 528–536. https://doi.org/10.1063/1.5130064

6. Thielsch J., Bittner F. , Woodcock T. G. Magnetization reversal processes in hot-extruded τ-MnAl–C // J. Magn. Magn. Mater. – 2017. – V. 426. – P. 25–31. DOI:10.1016/j.jmmm.2016.11.045

7. Bance S., Bittner F. , Woodcock T. G., Schultz L., Schrefl T. Role of twin and antiphase defects in MnAl permanent magnets // Acta Mater. – 2017. – V. 131. – P. 48–56. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.04.004

8. Bittner F., Schultz L., Woodcock T. G. The role of the interface distribution in the decomposition of metastable L10–Mn54Al46 // J. Alloys Compd. – 2017. – V. 727. – P. 1095–1099. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.197

9. Madugundo R., Hadjipanayis G. C. Anisotropic Mn–Al–(C) hot-deformed bulk magnets // J. Appl. Phys. – 2016. – V. 119. – P. 013904. https://doi.org/10.1063/1.4939578

10. Levashov E. A., Bogatov Y. V. , Rogachev A. S., Pityulin A. N., Borovinskaya I. P. , Merzhanov A. G. Specific features of structure formation of synthetic hard tool materials in the SHS compacting process // J. Eng. Phys. and Thermophys. – 1992. – V. 63. – P. 1091–1105. https://doi.org/10.1007/BF00853505

11. Development of an Al–Mn–Si-Based Alloy with an Improved Quasicrystalline-Forming Ability / B. Leskovar, Z. Samardžija, M. Koblar et al. // JOM. – 2020. – V. 72. – P. 1533–1539. https://doi.org/10.1007/s11837-019-03702-6

12. Friesa S. G., Jantzen T. Compilation of `CALPHAD’ formation enthalpy data. Binary intermetallic compounds in the COST 507 Gibbsian database // Thermochimica Acta. – 1998. – V. 314. – P. 23–33. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(97)00478-4

13. Сивакова А. О., Лазарев П. А., Боярченко О. Д., Сычев А. Е., Сычев Г. А. Особенности формирования γ -фазы Al9Mn3Si в условиях высокотемпературного синтеза в системе Al– Mn–Si: горение, структурои фазообразование // ФГВ. – 2024. – № 5. DOI: 10.15372/FGV2023.9355

14. Shcherbakov V. A., Gryadunov A. N., Alymov M. I. Synthesis and Characteristics of the B4C–ZrB2 Composites // Lett. Mater. – 2017. – V. 7(4). – P. 398–401. https://doi.org/10.22226/2410-35352017-4-398-40115

15. Belov N. A., Eskin D. G., Aksenov A. A. Chapter 1: Alloys of the Al–Fe–Mn–Si System // Multicomponent Phase Diagrams: Applications for Commercial Aluminum Alloys. – Amsterdam; Boston: Elsevier Science. – 2005. – P. 1–46. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044537-3.X5000-8

16. Карпов А. В., Сычев А. Е., Сивакова А. О. Устройство для измерения коэффициента Зеебека термоэлектрических материалов в диапазоне температур 300–800 К // Измерительная техника. – 2023. – № 8. – С. 67–72. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-8-67-72

17. Karpov A. V. , Morozov Y. G., Bunin V. A., Borovinskaya I. P. Effect of Yttria additions on the electrical conductivity of SHS nitride ceramics // Inorganic Materials. – 2002. – V. 38. – P. 631– 634. https://doi.org/10.1023/A:1015881922939

18. Program for Thermodynamics Equilibrium Calculations “THERMO”. https://ism.ac.ru/thermo/

19. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под ред. Н. П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996–2000.

20. Silva M. R., Brown P. J., Forsyth J. B. // J. Phys.: Cond. Matt. – 2002. – V. 14. – P. 8707. https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/37/307

21. Bie L., Chen X., Liu P. , Zhang T., Xu X. Morphology Evolution of Mn5Si3 Phase and Effect of Mn content on Wear Resistance of Special Brass // Metals and Materials International. – 2020. – V. 26. – P. 431–443. https://doi.org/10.1007/s12540-019-00243-0

22. Isothermal section at 950°C, Figure 8 from Al–Mn–Si Ternary Phase Diagram Evaluation. – Springer Materials. https://materials.springer.com/msi/phase-diagram/docs/sm_msi_r_10_014597_01_full_LnkDia1

23. Коуров Н. И., Марченков В. В., Королев А. В., Ст ашкова Л. А., Емелья нова С. М., Weber H. W. Особенности свойств полуметаллических ферромагнитных сплавов Гейслера: Fe2MnAl, Fe2MnSi и Co2MnAl // Физика твердого тела. – 2015. – T. 57, вып. 4. – C. 684–691. DOI: 10.31857/S0015323023600624

24. Березовский В. В., Базалеева К. О., Калашников В. С. Зависимость удельного электросопротивления технически чистого титана от температуры после интенсивной пластической деформации // Труды ВИАМ. – 2015. – № 3. – C. 34–37. doi.org/10.18577/2307-6046-2015-0-3-5-5

25. Гантмахер В. Ф., Электроны в неупорядоченных средах. – М.: Физматлит, 2005. – C. 232.

26. Mooij J. H. Electrical conduction in concentrated disordered transition metal alloys // Physica Status Solidi (a). – 1973. – V. 17, is. 2. – P. 521–530. DOI:10.1002/pssa.2210170217