Abstract Solid-state cooling based on the caloric effect of phase transformation materials has attracted considerable interest with the increased demand for energy-efficient and environmentally friendly cooling technologies. Here, we have systematically studied the microstructural evolution, martensitic transformation (MT) behaviors, and elastocaloric effect (eCE) of directionally solidified Ni35.5Co14.5Mn35Ti15 all-d-metal Heusler metamagnetic shape memory alloys. Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis revealed the coexistence of Heusler-type 〈001〉-oriented dendritic crystal and Ti-poor interdendritic phase for as-solidified alloys. Upon homogenization annealing, the sample presents a columnar-like morphology with 〈105〉 textured five-layer-modulated (5 M) martensite along the growth direction. Besides, the multi-modulated martensite with 7 M and 8 M structures was identified by transmission electron microscopy (TEM). Using a unique technique of in situ digital image correlation (DIC) with the combination of infrared thermography, MT and eCE behaviors were studied. Ni35.5Co14.5Mn35Ti15 alloy yielded a large adiabatic temperature change (ΔTad) of 11.5 K with a low critical stress (σcr) of 38 MPa and a moderate stress hysteresis (Δσhy) of 54 MPa when subjected to uniaxial stress, resulting in the largest value of |ΔTad/σcr| = 0.31 K MPa−1. This improved eCE is attributed to the enhanced compatibility in the oriented polycrystalline alloy and the high mobility of the low-energy twin boundary in the multi-modulated martensite.

中文翻译：

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定向凝固全 d 金属 Heusler 变磁形状记忆合金的大弹性热效应

摘要 随着对节能环保冷却技术需求的增加，基于相变材料热效应的固态冷却引起了广泛关注。在这里，我们系统地研究了定向凝固 Ni35.5Co14.5Mn35Ti15 全 d 金属 Heusler 变磁形状记忆合金的显微组织演变、马氏体转变 (MT) 行为和弹性热效应 (eCE)。电子背散射衍射 (EBSD) 分析揭示了凝固态合金的 Heusler 型<001> 取向枝晶和贫钛枝晶间相共存。在均质化退火后，样品呈现柱状形态，沿生长方向具有<105>织构的五层调制 (5 M) 马氏体。除了，通过透射电子显微镜 (TEM) 鉴定了具有 7 M 和 8 M 结构的多调制马氏体。使用独特的原位数字图像相关 (DIC) 技术与红外热成像相结合，研究了 MT 和 eCE 行为。Ni35.5Co14.5Mn35Ti15 合金在单轴应力下产生了 11.5 K 的大绝热温度变化 (ΔTad) 和 38 MPa 的低临界应力 (σcr) 和 54 MPa 的中等应力滞后 (Δσhy)，导致最大|ΔTad/σcr|的值 = 0.31 K MPa-1。这种改进的 eCE 归因于取向多晶合金中增强的兼容性和多调制马氏体中低能孪晶界的高迁移率。使用独特的原位数字图像相关 (DIC) 技术与红外热成像相结合，研究了 MT 和 eCE 行为。Ni35.5Co14.5Mn35Ti15 合金在单轴应力下产生了 11.5 K 的大绝热温度变化 (ΔTad) 和 38 MPa 的低临界应力 (σcr) 和 54 MPa 的中等应力滞后 (Δσhy)，导致最大|ΔTad/σcr|的值 = 0.31 K MPa-1。这种改进的 eCE 归因于取向多晶合金中增强的兼容性和多调制马氏体中低能孪晶界的高迁移率。使用独特的原位数字图像相关 (DIC) 技术与红外热成像相结合，研究了 MT 和 eCE 行为。Ni35.5Co14.5Mn35Ti15 合金在单轴应力下产生了 11.5 K 的大绝热温度变化 (ΔTad) 和 38 MPa 的低临界应力 (σcr) 和 54 MPa 的中等应力滞后 (Δσhy)，导致最大|ΔTad/σcr|的值 = 0.31 K MPa-1。这种改进的 eCE 归因于取向多晶合金中增强的兼容性和多调制马氏体中低能孪晶界的高迁移率。5 K 具有 38 MPa 的低临界应力 (σcr) 和 54 MPa 的中等应力滞后 (Δσhy)，当受到单轴应力时，导致 |ΔTad/σcr| 的最大值。= 0.31 K MPa-1。这种改进的 eCE 归因于取向多晶合金中增强的兼容性和多调制马氏体中低能孪晶界的高迁移率。5 K 具有 38 MPa 的低临界应力 (σcr) 和 54 MPa 的中等应力滞后 (Δσhy)，当受到单轴应力时，导致 |ΔTad/σcr| 的最大值。= 0.31 K MPa-1。这种改进的 eCE 归因于取向多晶合金中增强的兼容性和多调制马氏体中低能孪晶界的高迁移率。