SPS燒結Ni-Mn-Ga-Fe-Ga復合材料的微觀結構與性能.pdf

1、Ni-Mn-Ga磁驅動形狀記憶合金響應頻率高、輸出應變大,因而倍受關注,但該合金脆性大和磁場門檻值高制約了其發(fā)展和應用。論文采用放電等離子燒結(SPS)方法制備細晶Ni-Mn-Ga合金,改善塑性;引入Fe-Ga磁致伸縮粒子,利用其磁致伸縮產生內應力協(xié)助外磁場驅動馬氏體孿晶界面移動,降低磁場門檻值。
　　本文采用SPS燒結制備了Ni-Mn-Ga合金和Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復合材料。采用掃描電鏡觀察、透射電子顯微分析、X射線衍射

2、分析、示差掃描量熱分析、室溫壓縮試驗、物性測量及磁感生應變測試等方法系統(tǒng)研究了燒結溫度、Ni-Mn-Ga粒徑和Fe-Ga含量對復合材料微觀組織結構、馬氏體相變、力學性能、磁學特性和磁感生應變的影響規(guī)律及其機理,揭示了Fe-Ga降低磁場門檻值的微觀機制。
　　研究表明,燒結溫度對Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復合材料界面結合有較大影響,提高燒結溫度有利于獲得良好的界面結合。燒結溫度為700℃時,Fe-Ga顆粒與Ni-Mn-Ga基體之間

3、存在裂紋,界面結合不夠完好;燒結溫度超過850℃時,Fe-Ga顆粒與Ni-Mn-Ga基體結合完好;燒結溫度為900℃時,Fe-Ga與Ni-Mn-Ga基體發(fā)生界面反應,在界面處觀察到含F(xiàn)e反應物。
　　試驗結果表明,燒結溫度、Ni-Mn-Ga粒徑和Fe-Ga含量對Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復合材料基體馬氏體相變均有影響。燒結溫度升高、Ni-Mn-Ga粒徑減小或Fe-Ga含量增加,馬氏體相變溫度降低。燒結溫度低于850℃時,相變類型

4、為L217M相變;燒結溫度為900℃時,相變類型為L215M相變,變體間多呈?M[202]I型孿晶關系;Ni-Mn-Ga粒徑對馬氏體相變類型沒有影響,而Fe-Ga含量的增加卻改變了馬氏體相變類型,Fe-Ga含量小于12vol％時,相變類型為L217M;Fe-Ga含量高于15vol%時,相變類型為L215M。馬氏體相變類型的改變主要由于Fe-Ga中Fe元素擴散使Ni-Mn-Ga基體中含F(xiàn)e所致。
　　室溫壓縮實驗表明,Fe-Ga的加

5、入顯著提高了Ni-Mn-Ga合金力學性能。Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復合材料的壓縮斷裂強度和斷裂應變隨Fe-Ga含量增加而增大,斷裂方式由沿晶斷裂轉變?yōu)檠鼐Ш痛┚У幕旌闲蛿嗔?。燒結溫度升高或Ni-Mn-Ga粒徑減小,壓縮斷裂強度和斷裂應變增大,當燒結溫度為850℃、Ni-Mn-Ga粒徑為20μm和Fe-Ga含量為15vol%時,壓縮斷裂強度和斷裂應變分別達1970MPa和33%。
　　磁性測量發(fā)現(xiàn),SPS燒結溫度、Ni-Mn-G

6、a粒徑和Fe-Ga含量對Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復合材料的磁感生應變有影響。磁感生應變隨燒結溫度升高或Fe-Ga含量增加,先增加后減小,Ni-Mn-Ga粒徑和Fe-Ga粒徑接近時,磁感生應變較大。將Fe-Ga引入Ni-Mn-Ga合金中有效降低了磁場門檻值,當Fe-Ga含量為9vol%、Ni-Mn-Ga粒徑為20μm、燒結溫度為850℃時,磁場門檻值為0.35T,與未含F(xiàn)e-Ga的SPS燒結Ni-Mn-Ga合金相比,降低了42%。磁場