Ni-Fe-Ga-(Co)鐵磁形狀記憶合金的晶體結(jié)構(gòu)、馬氏體相變和磁性能的研究.pdf

1、近十幾年來新發(fā)展起來的Ni-Fe-Ga-(Co)鐵磁形狀記憶合金，由于兼具大恢復(fù)應(yīng)變、大輸出應(yīng)力、高響應(yīng)頻率和可精確控制等綜合特性，成為目前國際金屬材料和凝聚態(tài)物理研究的熱點之一。為改善前人嘗試實驗法工作量大、研究周期長、成本高的缺點，本文采用計算與實驗相結(jié)合的方法進行研究。通過第一原理計算確定了Co的優(yōu)先占位，設(shè)計Ni-Fe-Ga-Co合金系。采用感應(yīng)熔煉制備了Ni50+xFe25-xGa25(x=0，1.5，3，4.5，6)和Ni5

2、6-yFe19Ga25Coy(y=0，1.5，3，4.5，6)合金系，利用能譜分析(EDS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、振動樣品磁強計(VSM)和透射電鏡(TEM)，并結(jié)合第一原理計算，分析了Ni-Fe-Ga-(Co)鐵磁形狀記憶合金的晶體結(jié)構(gòu)、馬氏體相變以及磁性能隨合金成分變化的規(guī)律，并揭示了其物理本質(zhì)。
　　第一原理計算結(jié)果表明，合金化的第四組元Co占normal-Ni的能量較

3、低，故Co優(yōu)先占據(jù)Ni的原始位置。Ni的原子磁矩明顯低于Fe的原子磁矩，Ni-Fe-Ga合金在Ni取代Fe的過程中，奧氏體及馬氏體的總磁矩均隨Ni含量增加而減小;Co的原子磁矩明顯強于Ni的原子磁矩，Ni-Fe-Ga-Co合金中奧氏體及馬氏體的總磁矩均隨Co含量增加而增大。
　　DSC測量結(jié)果表明，Ni50+xFe25-xGa25合金的馬氏體相變溫度Tm隨著Ni含量的增加而升高，尺寸因素和價電子濃度正向促進了這一結(jié)果;Ni56-y

4、Fe19Ga25Coy合金的相變溫度隨著Co含量的增加而降低，尺寸因素和價電子濃度對Tm的影響起相反的作用，價電子濃度的影響較強。
　　結(jié)合DSC、XRD、TEM研究結(jié)果得出，Ni50+xFe25-xGa25合金當Ni含量≤53at.％時，Tm＜T0，室溫組織為L21相和γ相;當Ni含量＞53at.％時，Tm＞T0，室溫組織為馬氏體和γ相，其中Ni54.5Fe20.5Ga25合金中的馬氏體為14M，而Ni56Fe19Ga25合金中

5、的馬氏體由6M和14M組成。γ相的含量隨Ni含量增加大體呈增多趨勢。EDS能譜分析顯示γ相為富Fe貧Ga相。
　　Ni56-yFe19Ga25Coy合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度均在室溫之上，室溫組織為馬氏體和γ相，Co1.5合金中的馬氏體僅為14M馬氏體，當Co含量≥3at.％時，合金的馬氏體由6M和14M組成。γ相為富Fe和Co而貧Ga相?；w相和γ相的Ni含量隨著Co含量的增加而下降，F(xiàn)e和Ga的含量之和變化很小，這證實了添加的Co元

6、素取代了Ni原子的位置，與計算結(jié)果相吻合。
　　通過VSM恒溫和變溫磁化曲線得到，隨著Ni含量的增加，Ni50+xFe25-xGa25合金的Ms下降，合金磁性能減弱;隨著Co的不斷加入，Ni56-yFe19Ga25Coy合金的M。增大，合金磁性增強，與計算結(jié)果一致。Ni50+xFe25-xGa25合金的居里溫度TC隨著Ni含量的增加而降低;Ni56-yFe19Ga25Coy合金的TC隨著Co含量的增加顯著升高并高于室溫T0;當Co