新型Ni-Mn-Ga磁致形狀記憶合金的晶體結構與微結構研究.pdf

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

2、敏感的優(yōu)勢，通過原位中子衍射實驗對Ni-Mn-Ga合金的晶體結構和相變進行了研究。研究結果表明Ni48Mn30Ga22合金在373K到293K溫度區(qū)間內具有立方L21 Heusler奧氏體結構，當冷卻到243K時該合金的晶體結構已轉變成七層正交馬氏體結構，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)間內具有四方14/mmm馬氏體結構；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)存在一個預轉變。
　　 利用電子背散射衍射(EBSD)技術和晶體學唯象理論分別對Ni53Mn25Ga22合金的馬氏體相變晶體學進行了實驗研究和理論預測。1073K退火后的Ni53Mn25Ga22合金室溫下具有自協(xié)作馬氏體組織。每個原始奧氏體晶粒內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合孿晶關系，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為繞〈110〉軸旋轉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部兩種孿晶變體的相對量之比約為1.70。馬氏體相變過程中奧氏體(A)與馬氏體(M)之間的主要取向關系為Kurdjumov-Sachs(K-S)關系：(111)A//(101)M,[110]A//[111]

5、M。根據晶體學唯象理論計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)現了存在于微米尺度馬氏體片層內部的大量納米尺度的微孿晶。同一馬氏體片層內的納米微孿晶之間具有復合孿晶關系。在該合金中觀測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階狀的片層內界面

6、。利用差取向計算對通過這兩種不同界面連接的納米孿晶之間的取向關系進行了確定。
　　 通過外加包套的方式成功的對Ni-Mn-Ga(-Co)磁致形狀記憶合金鑄錠進行了等溫鍛變形。中子衍射實驗表明等溫鍛變形后的合金中具有較強的織構。等溫鍛變形后的Ni48Mn25Ga22Co5合金的織構在后續(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演變與其溫控宏觀形狀記憶效應密切相關

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Co含量少于或等于6％時，合金的馬氏體相變溫度僅稍微降低；當Co含量超過6％時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Ni-Mn-Ga磁致形狀記憶合金諸如微觀組織結構、晶體