新型Ni-Mn-Ga磁致形狀記憶合金的晶體結(jié)構(gòu)與微結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、近年來，化學(xué)成分接近Ni2MnGa的Ni-Mn-Ga磁致形狀記憶合金由于具有磁致輸出應(yīng)變大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，到目前為止仍然有許多關(guān)鍵性的基礎(chǔ)問題沒有解決，這嚴(yán)重制約了此類合金性能的提高。本論文對(duì)Ni-Mn-Ga磁致形狀記憶合金的晶體結(jié)構(gòu)、馬氏體相變晶體學(xué)以及織構(gòu)演變進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對(duì)Co元素添加對(duì)Ni-Mn-Ga合金結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和磁轉(zhuǎn)變特征的影響進(jìn)行了探討。
　　 利用中子衍射對(duì)元素周期表中近鄰元素組成的材料結(jié)構(gòu)

2、敏感的優(yōu)勢(shì)，通過原位中子衍射實(shí)驗(yàn)對(duì)Ni-Mn-Ga合金的晶體結(jié)構(gòu)和相變進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明Ni48Mn30Ga22合金在373K到293K溫度區(qū)間內(nèi)具有立方L21 Heusler奧氏體結(jié)構(gòu)，當(dāng)冷卻到243K時(shí)該合金的晶體結(jié)構(gòu)已轉(zhuǎn)變成七層正交馬氏體結(jié)構(gòu)，繼續(xù)冷卻到19K的過程中該合金的中子衍射譜沒有顯著變化，說明該合金中沒有發(fā)生中間馬氏體相變。Ni53Mn25Ga22合金在20K到403K溫度區(qū)間內(nèi)具有四方14/mmm馬氏體結(jié)構(gòu)；加熱

3、過程中該合金的晶胞體積在室溫附近發(fā)生突變，與DSC曲線上室溫附近的吸熱峰相吻合，說明該合金室溫附近在馬氏體相區(qū)存在一個(gè)預(yù)轉(zhuǎn)變。
　　 利用電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)和晶體學(xué)唯象理論分別對(duì)Ni53Mn25Ga22合金的馬氏體相變晶體學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論預(yù)測(cè)。1073K退火后的Ni53Mn25Ga22合金室溫下具有自協(xié)作馬氏體組織。每個(gè)原始奧氏體晶粒內(nèi)部只有兩種不同取向的馬氏體變體交替分布，兩種變體之間具有復(fù)合孿晶關(guān)系，孿晶元

4、素為K1=(112),K2=(112),η1=[111]，η2=[111]，P=(110),s=0.379。兩種變體之間的差取向?yàn)槔@〈110〉軸旋轉(zhuǎn)82°。馬氏體孿晶變體之間的界面為(112)面，孿晶界面即為孿生面。同一原始奧氏體晶粒內(nèi)部?jī)煞N孿晶變體的相對(duì)量之比約為1.70。馬氏體相變過程中奧氏體(A)與馬氏體(M)之間的主要取向關(guān)系為Kurdjumov-Sachs(K-S)關(guān)系：(111)A//(101)M,[110]A//[111]

5、M。根據(jù)晶體學(xué)唯象理論計(jì)算得到的馬氏體相變過程中的慣析面為(0.690-0.1020.716)A，宏觀切變量、切變方向和切變角分別為0.121，[-0.7090.1050.698]A和6.88°。在1173K退火后的Ni53Mn25Ga22合金中發(fā)現(xiàn)了存在于微米尺度馬氏體片層內(nèi)部的大量納米尺度的微孿晶。同一馬氏體片層內(nèi)的納米微孿晶之間具有復(fù)合孿晶關(guān)系。在該合金中觀測(cè)到了兩種不同的馬氏體片層界面，即相互穿插的片層間界面和臺(tái)階狀的片層內(nèi)界面

6、。利用差取向計(jì)算對(duì)通過這兩種不同界面連接的納米孿晶之間的取向關(guān)系進(jìn)行了確定。
　　 通過外加包套的方式成功的對(duì)Ni-Mn-Ga(-Co)磁致形狀記憶合金鑄錠進(jìn)行了等溫鍛變形。中子衍射實(shí)驗(yàn)表明等溫鍛變形后的合金中具有較強(qiáng)的織構(gòu)。等溫鍛變形后的Ni48Mn25Ga22Co5合金的織構(gòu)在后續(xù)室溫變形后發(fā)生了顯著變化，并在隨后的淬火后恢復(fù)到了室溫變形之前的狀態(tài)；該合金在室溫變形和隨后熱處理過程中的織構(gòu)演變與其溫控宏觀形狀記憶效應(yīng)密切相關(guān)

7、。
　　 在Ni53-xMn25Ga22Cox(x=0-14)合金中用Co替代部分Ni能夠有效提高合金的居里溫度。當(dāng)Co含量少于或等于6％時(shí)，合金的馬氏體相變溫度僅稍微降低；當(dāng)Co含量超過6％時(shí)合金的馬氏體相變溫度急劇降低，可能歸因于大量Co元素添加引起的原子占位混亂。這意味著用少量的Co取代Ni有助于開發(fā)具有高馬氏體相變溫度、高居里溫度的磁致形狀記憶合金。
　　 對(duì)Ni-Mn-Ga磁致形狀記憶合金諸如微觀組織結(jié)構(gòu)、晶體