Processamento de ligas do tipo Gd(GeSi) aglomeradas com estanho

Abstract

Resumo: O desenvolvimento de materiais magnetocalóricos sofreu um novo impulso, a partir de 1997, com a descoberta do efeito magnetocalórico gigante na liga GdGeSi ao redor da temperatura ambiente. Graças à esta nova família de materiais, houve um avanço importante nesta área de conhecimento, tanto no que diz respeito a aspectos científicos quanto tecnológicos. No entanto, além da fabricação destes materiais em laboratório, torna-se necessário desenvolver métodos e processos para a fabricação e aplicação efetiva destes materiais em máquinas termomagnéticas. Com base nesse cenário, o objetivo do presente trabalho foi realizar um estudo do processamento de uma peça com geometria pré-definida, feita da liga Gd5,09(Ge2,03Si1,88) aglomerada com estanho, para determinar um ponto de equilíbrio entre as propriedades mecânicas e magnéticas. Esse processamento consistiu na utilização de um sal de estanho como material aglomerante para a fabricação de uma pastilha, realização de tratamentos térmicos e, posteriormente, sua caracterização. Assim, as amostras obtidas foram caracterizadas por meio de medidas de magnetometria, da medida direta do efeito magnetocalórico, microscopia das pastilhas e microdureza. A metodologia empregada consistiu de impregnações de 3, 5, 10 e 15% em massa de estanho na liga magnetocalórica pulverizada, seguida da prensagem do material impregnado a uma pressão de 250 MPa e, finalmente,da realização de tratamento térmico a 473 K por 10 horas. Os resultados obtidos foram uma redução do efeito magnetocalórico em ~30% observado nas medidas indiretas, para as amostras com 3 e 5% em massa de Sn, com e sem tratamento térmico, enquanto para as impregnações com 10 e 15% o efeito magnetocalórico diminui em ~60%. O tratamento térmico realizado reduziu sensivelmente a temperatura de transição de primeira ordem da amostra, assim como os valores de microdureza das pastilhas. Nas medições diretas da variação de temperatura, obteve-se uma variação de 2,5 K para a amostra como fundida (sem processamento) com campo de 17,5 kOe, e para as amostra processadas conseguiu-se 1,5 K para as amostra tratadas termicamente, impregnadas com 3 e 5% em massa de estanho. Para as amostras impregnadas com 10 e 15%, a variação de temperatura foi reduzida a valores desprezíveis

Abstract: The development of magnetocaloric materials are linked with the science and engineering of cooling since 1997, with the discovery of the giant magnetocaloric effect in the GdGeSi alloys, around the room temperature. Because of this new family of materials, there was an important advance in this area of knowledge. However, it becomes necessary to develop methods of processing these materials for use them in thermomagnetic machines. Based on this scenario, the objective of this study is to conduct a study of the processing of Gd5.09 Ge2.03Si1.88 alloy bonded with tin to determine a balance between mechanical and magnetic properties. This processing is based on the use of a salt of tin as a binder material in a matrix of Gd5.09 Ge2.03Si1.88 for the manufacture of tablets, which were heat treated. Thus, the tablets obtained were characterized by magnetic measurements, temperature variation, and hardness, in order to determine the influence of the binder material in the properties of the samples. The alloys were mixed with 3, 5, 10 and 15 wt.% tin, that we use to produce green compacted tablets which were heat treated at 473 K per around 10 hours. The results were a reduction of the magnetocaloric effect of about 30% in both samples with 3 and 5 wt% Sn, with and without heat treatment, while for 10 and 15 wt.% Sn we observed a decrease in the magnetocaloric effect of about 60% in indirect measurements. The heat treatments performed substantially reduced the first order magnetostructural transition of all samples, as well as the microhardness of the tablets. In the direct measurements (?TA), we reported a change of 2.5 K for the standard sample (as cast in bulk) with a field of 1.75 T and 1.5 K for the heat treated sample with 3 to 5 wt.% Sn. For samples with 10 and 15 wt.% Sn the ?TA was reduced to negligible values