基于新磁驅(qū)動(dòng)機(jī)制的鐵基磁控形狀記憶合金設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步和高新技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)材料提出了各種各樣的功能需求。需求就是動(dòng)力，就是方向。磁控形狀記憶合金因具有磁感生應(yīng)變/應(yīng)力大，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)成為未來重要磁傳感器和磁驅(qū)動(dòng)器的理想材料。按功能行為機(jī)理不同，磁控形狀記憶合金可分兩類。第一類是Ni-Mn-Ga系合金，其馬氏體為鐵磁相，磁誘發(fā)應(yīng)變/應(yīng)力效應(yīng)源自鐵磁馬氏體變體在磁場(chǎng)作用下發(fā)生重排。第二類是Ni-Mn-Co-In系合金，其馬氏體為反鐵磁（或順磁）相，母相為鐵磁相，磁誘發(fā)

2、應(yīng)變/應(yīng)力是通過磁場(chǎng)誘發(fā)馬氏體相向母相的轉(zhuǎn)變引起的。受不同的磁誘發(fā)應(yīng)變/應(yīng)力機(jī)制控制，這兩類合金在磁控功能行為方面各具特色，成為各國材料學(xué)家和物理學(xué)家競(jìng)相研究的重點(diǎn)之一。
　　目前，人們對(duì)磁控形狀記憶合金的研究多數(shù)集中在以上兩類具有不同磁誘導(dǎo)應(yīng)變/應(yīng)力機(jī)制的合金體系上。磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)擇優(yōu)取向機(jī)制下，合金能夠獲得較大的感生應(yīng)變，但是輸出應(yīng)力較小。磁場(chǎng)誘導(dǎo)相變機(jī)制下，雖能夠獲得較高的輸出應(yīng)力，但是感生應(yīng)變又相對(duì)較低。為克服這一問題，本論文從

3、兩種機(jī)制的物理本質(zhì)出發(fā)，一方面提出將兩種磁感生機(jī)制相結(jié)合，獲得雙驅(qū)動(dòng)磁控形狀記憶合金這一設(shè)想;另一方面以Fe基形狀記憶合金為主，對(duì)實(shí)現(xiàn)雙驅(qū)動(dòng)磁感生應(yīng)變/應(yīng)力的可行性進(jìn)行了探索，得到以下結(jié)論:
　　(1)合金存在馬氏體轉(zhuǎn)變、母相（奧氏體）與馬氏體間磁化強(qiáng)度差異明顯、馬氏體相呈鐵磁狀態(tài)是磁控形狀記憶合金存在雙驅(qū)動(dòng)磁感生應(yīng)變/應(yīng)力機(jī)制的基礎(chǔ)，也是雙驅(qū)動(dòng)磁控形狀記憶合金設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。
　　(2)在Fe-Mn-Ga體系中:(a)特定

4、成分下存在順磁態(tài)的奧氏體向鐵磁態(tài)馬氏體的轉(zhuǎn)變過程，并伴隨磁場(chǎng)誘導(dǎo)相變發(fā)生，是構(gòu)建雙磁感生機(jī)制的理想材料:Fe43Mn28Ga29合金中，7T外磁場(chǎng)作用下，△Ms=4.1 K/T;(b)合金馬氏體轉(zhuǎn)變溫度對(duì)成分十分敏感:當(dāng)Ga含量一定時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度隨Mn含量的增加而上升;Mn含量一定時(shí)，Ga含量的提高會(huì)降低合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度;(c)添加Co元素會(huì)抑制合金馬氏體轉(zhuǎn)變，提高母相奧氏體的居里溫度。
　　(3) Fe-Co-Ge體系中

5、，Ge含量對(duì)合金室溫組織有顯著的影響。當(dāng)Ge＞20 at.％時(shí)合金室溫下呈雙相組織;當(dāng)Ge＜20 at.％時(shí)，合金呈單相奧氏體組織。該奧氏體為完全無序的A2結(jié)構(gòu)，合金沒有磁感生應(yīng)力/應(yīng)變所需的馬氏體轉(zhuǎn)變過程。
　　(4) Fe-Mn-Ge體系中，Ge元素抑制合金的馬氏體轉(zhuǎn)變:當(dāng)Ge＞6 at.％時(shí)合金室溫下基本為奧氏體組織;當(dāng)Ge＜6 at.％時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度高于室溫，室溫下馬氏體為反鐵磁態(tài)。添加一定Co元素后，室溫下馬氏體有向