銅含量對(duì)Ni50Mn25Ga25-xCux合金組織和磁熱性能的研究.pdf

1、本文采用真空感應(yīng)熔煉法制備3種不同成分的Ni50Mn25Ga25-xCux合金(x=2.2、3.0、3.8)。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和金相顯微鏡(OM)觀察Ni-Mn-Ga-Cu合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，利用X射線衍射儀(XRD)、差熱掃描量熱儀(DSC)分析Ni-Mn-Ga-Cu合金的物相和馬氏體相變過程，發(fā)現(xiàn)Cu元素含量低于6at％的摻雜不會(huì)出現(xiàn)第二相；對(duì)x=3.8的Ni-Mn-Ga-Cu合金采用熔體紡絲法制備直徑尺寸為20μm到6

2、0μm的纖維，利用掃描電子顯微鏡(SEM)分析熱處理前后合金纖維的物相成分，并使用綜合物性測量系統(tǒng)（PPMS）測量熱處理態(tài)纖維的磁熱性能；使用動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀(Q800 DMA)研究了Ni50Mn25Ga25-xCux(x=3.8)合金纖維的力學(xué)性能，結(jié)果表明Cu元素的摻雜明顯改善了Ni-Mn-Ga合金本身的脆性。
　　選擇Cu元素作為第四組元對(duì)Ni-Mn-Ga合金進(jìn)行摻雜，合金元素成分配比為Ni50Mn25Ga25-xCux(x=

3、2.2、3.0、3.8)時(shí)微觀組織內(nèi)部幾乎沒有第二相的析出，通過 X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)室溫下合金為單相馬氏體。使用DSC分析合金的相變溫度和居里溫度，發(fā)現(xiàn)合金相變溫度隨Cu含量的增加而顯著提高。隨著Cu含量由2.2增加到3.8，合金馬氏體相變開始溫度由19.5℃增加到了100.2℃。隨 Cu元素含量的提高，價(jià)電子濃度變化，相變溫度隨之升高，然而合金居里溫度為70℃受Cu元素含量變化影響較小。
　　考慮到熔體紡絲法制備 Ni50Mn2

4、5Ga25-xCux纖維過程以及后續(xù)熱處理過程中的成分損失，選擇Cu含量為3.8時(shí)的合金鑄錠制備纖維。對(duì)制備態(tài)纖維進(jìn)行化學(xué)有序化熱處理和去應(yīng)力退火，采用PPMS測量其相變溫度發(fā)現(xiàn)其馬氏體相變點(diǎn)與居里點(diǎn)發(fā)生了耦合，有利于產(chǎn)生較高磁熱效應(yīng)。纖維在356K溫度附近下具有最大的磁熵變，以356K為中心設(shè)計(jì)測量纖維的等溫磁化曲線，計(jì)算纖維在5T、359K下條件的最大磁熵變?yōu)椋?.3J/kg·K，與Ni-Mn-Ga合金不同制備狀態(tài)相比，磁熱效益明顯

5、提高。
　　利用DMA分別對(duì)標(biāo)距為2mm、5mm和10mm的纖維進(jìn)行室溫拉伸，發(fā)現(xiàn)標(biāo)距為2mm的纖維由于其具有較高的斷裂強(qiáng)度和延伸率，本文選擇其作為研究Ni-Mn-Ga-Cu合金纖維室溫力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)直徑分別為30μm、40μm、50μm的Ni-Mn-Ga-Cu合金纖維進(jìn)行室溫拉伸，發(fā)現(xiàn)隨著纖維直徑的增加，纖維的斷裂強(qiáng)度從713MPa降低到447MPa、439MPa，彈性應(yīng)變基本沒有發(fā)生變化，分別為1.52%、1.62%、1.

6、68%。30μm直徑纖維斷裂后最大塑性變形為為3.89%，
　　表現(xiàn)出較大的拉伸塑性。40μm、50μm直徑纖維變形過程過程中拉伸塑性較小，斷裂后最大塑性變形分別為0.57%、0.62%。纖維力學(xué)性能的變化與纖維內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)、纖維成形過程中增加的缺陷有關(guān)。
　　對(duì)比制備態(tài)與熱處理態(tài)的纖維室溫拉伸性能，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱處理后由于晶粒長大以及界面成分損失等因素，纖維的斷裂強(qiáng)度和拉伸塑性發(fā)生了明顯的降低。對(duì)比 Cu元素?fù)诫s前后纖維的力學(xué)