Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

Ni-Mn-Ga-Fe合金纤维的马氏体相变与超弹性

通过高真空电弧熔炼炉和熔体抽拉液态成形设备制备Ni-Mn-Ga和Ni-Mn-Ga-Fe纤维,并对纤维进行阶梯式有序化热处理。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、射线衍射仪(XRD)对其微结构和相结构进行表征;利用差示扫描量热仪(DSC)对纤维的马氏体相变过程进行分析;利用动态机械分析仪对纤维的超弹性进行测试。结果表明:有序化热处理后纤维内部原子排列有序性提高,相邻孪晶间沿近90°大角度晶界方向生长,晶界处平直。Fe掺杂使得纤维内部晶粒细化,晶格体积缩小,纤维整体致密性提高。Fe掺杂使得晶格内自由电子数量增多,电子浓度升高,致使马氏体相变(martensitic transformation,MT)的相变温度(M s)明显提高;通过有序化热处理,高温下的自由电子自由排列,形成有差异性的新布里渊区,构成新的孪晶界,进一步提高晶格内部的致密程度。同时Fe具备耐高温、抗拉强度高的特性,Fe掺杂的Ni-Mn-Ga纤维降低了其本征脆性。超弹性曲线显示了热弹性马氏体相变的两个基本特征:完全超弹性(superelasticity,SE)和低温恢复特性。在超弹性实验中,Ni_(50)Mn_(25)Ga_(20)Fe 5纤维在355 K测试温度时达到完全SE;在测试温度T test>M_(s)+8 K时,达到100%的应变恢复率(strain recovery rate),较Ni-Mn-Ga纤维(≈90%)有所提高。与其他合金(如Ti-Ni和Cu-Al-Ni合金)相比,Ni-Mn-Ga-Fe纤维显示出更大的临界应力值和更宽的SE温度空间。

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga单晶的马氏体孪晶再取向应力应变行为

采用定向凝固区熔法制备了铁磁形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga23.5,Ni54Mn23Ga23和Ni50Mn27Ga23晶体.用线切割切取5 mm×5 mm×6 mm的长方体单晶,X射线极图法测定单晶体的生长方向与[100]方向相差小于5°.沿单晶试样的3个边分别进行压缩实验,研究马氏体孪晶再取向应力应变行为.结果表明,沿单晶生长方向为孪晶再取向最有利方向,孪晶再取向应力最小,仅为3-7 MPa.压缩能有效地提高马氏体变体的有序化和择优化,形成近单变体状态.

稀土铽对Ni-Mn-Ga磁性记忆合金力学性能的影响

研究了稀土Tb对Ni50Mn29Ga21磁性记忆合金抗弯强度和断裂行为的影响。结果表明:稀土Tb可以显著提高材料的抗弯强度,改变断口形貌。不含稀土试样弯曲断裂后其断口主要是晶界断裂。添加稀土后,随着稀土加入量的增多,断裂方式由以晶界断裂为主转为以解理断裂为主。此外,Tb的加入,明显细化了晶粒,同时使材料的含氧量降低。

Co影响Ni-Mn-Ga合金马氏体相变的第一性原理分析

采用基于密度泛函理论的第一原理平面波赝势法,研究了掺杂Co元素对Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金的能态密度分布的影响规律,阐明了Co对马氏体相变作用机理。研究表明,随Co含量增加,更多的Co3d-Mn3d杂化取代了Ni3d-Mn3d杂化,使母相稳定性提高,马氏体相变温度降低。Co的加入对Ni-Mn-Ga-Co母相的自旋向上能态密度几乎没有影响,但明显改变自旋向下能态密度。

淬速对Ni-Mn-Ga快淬合金相变的影响

采用快淬技术制备了Ni-Mn-Ga薄带合金,研究了不同淬速对Ni-Mn-Ga快淬合金相变过程的影响。结果表明,快淬合金具有典型的热弹性马氏体相变过程,但合金的马氏体相变开始温度Ms比铸态合金的有所降低,并随淬速的升高,快淬合金的Ms逐渐降低。Ni-Mn-Ga合金马氏体相变的热力学分析表明:快淬合金晶粒愈细小,Ms愈低;快淬工艺不改变合金的晶体结构;在不同淬速的快淬合金中有以(400)晶面为择优取向的织构存在。

磁控溅射法制备铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜的力学性能研究

Ni-Mn-Ga是一种磁致伸缩材料、它兼具形状记忆效应和磁致伸缩效应等多种功能特点,具有响应频率高,变相量大的优点。而PbZrTiO3(PZT)是一种压电陶瓷,具有力-电转换的功能,而且也具有较高的响应频率。为实现磁-力-电的快速转换,本文使用ECR磁控溅射方法在PZT压电陶瓷片上制备出了Ni-Mn-Ga薄膜。并研究了不同溅射功率和热处理条件对薄膜的组织形貌、成分、表面粗糙度及薄膜硬度的影响。SEM断面形貌显示Ni-Mn-Ga薄膜为柱状生长模式;AFM三维形貌显示Ni-Mn-Ga薄膜生长致密,表面粗糙度随着溅射功率的增大而增大;Ni-Mn-Ga薄膜的硬度和弹性模量随退火温度的升高而增大。

稀土多晶Ni-Mn-Ga合金磁性能的研究

研究了多晶Ni50Mn29Ga21-xTbx合金系列的居里温度和饱和磁化强度。结果表明,适当地添加稀土Tb在明显提高材料力学性能的同时,保持了材料的原有居里温度和饱和磁化强度基本不变。微区成份能谱分析表明,稀土Tb在材料中主要存在于晶界。晶界上的Tb对材料的磁性能没有贡献,同时对晶粒内部Mn原子局域磁矩及其交换作用也没有明显的影响。

Ni-Mn-Ga-RE(RE=Tb,Sm)合金的马氏体相变和磁感生应变

研究了Ni48Mn33Ga19合金添加微量稀土元素Tb和Sm后,对合金的马氏体相变、磁感生应变及机械抗弯性能的影响。结果发现,微量稀土元素Tb和Sm的掺入,降低了合金的马氏体相变温度和居里温度,但晶粒显著细化,使合金的抗弯强度显著提高,具有良好的塑韧性;同时,使合金的磁感生应变值有一定下降。

外磁场对Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金相变应变及显微组织的影响

研究了外磁场对Ni52Mn24.6Ga23.4(%,原子分数)单晶马氏体相变及其相变应变的影响,并对磁场增强相变应变的微观机制进行了探讨。研究结果表明无外加磁场时,NiMnGa合金发生马氏体相变时可产生约0.3%的收缩形变,沿单晶[100]方向施加外磁场,其相变应变随磁场的增加而呈近线性增加。当外磁场强度为6.37×105A/m时,应变量达到最大值(3.5%)。磁场作用下冷却形成的马氏体虽然孪晶亚结构不变,但自协作组态消失,并伴随有孪晶板条的增厚。磁场对马氏体相变应变的增强效应来自于磁场作用下的马氏体变体的择优取向。

预变形对Ni-Mn-Ga合金马氏体相变的影响

研究了形变对Ni-Mn-Ga合金马氏体相变及其组织形态的影响,并应用马氏体相变热力学和动力学探讨了适当塑性变形后马氏体相变滞后得以大幅度提高的微观本质。结果表明,随着应变量的增加,马氏体相变温度几乎保持不变,而其逆相变温度则迅速升高,塑性应变导致储存在界面处的弹性应变能的释放是塑性变形提高合金相变滞后的主导因素。

Tb在多晶Ni-Mn-Ga合金中的存在行为及对磁性能的影响

研究表明,适当地添加稀土Tb在明显提高Ni50Mn29Ga21合金力学性能的同时,可以保持材料原有的居里温度和饱和磁化强度基本不变.微区成份能谱分析表明,稀土Tb在材料中主要存在于晶界.晶界上的Tb对材料的磁性能没有贡献,同时对晶粒内部Mn原子局域磁矩及其交换作用没有明显的影响.

掺杂元素对Ni-Mn-Ga合金马氏体相变和磁性能的影响

研究了添加微量的Fe、Co、Al、Si合金元素对Ni-Mn-Ga合金的马氏体相变和磁性能的影响作用.结果表明:微量Fe的掺杂可显著提高合金的马氏体相变温度(Ms)而不降低居里温度(Tc);掺Co后Ms基本不变而Tc明显升高;Al使Ms升高,Si使Ms降低,而对Tc均影响不大.微量的掺杂元素并不改变合金的晶体结构,掺杂合金仍然具有热弹性形状记忆效应,并且在磁场作用下可以产生增强的形状记忆效应.

Ar工作压强对磁控溅射Ni-Mn-Ga铁磁形状记忆薄膜成分的影响

采用直流磁控溅射技术在单晶硅衬底上沉积Ni-Mn-Ga铁磁性形状记忆薄膜。试验结果表明,Ar工作压强对Ni-Mn-Ga薄膜化学成分有显著影响。Ni含量随Ar工作压强的升高呈先增加后减少的趋势,Mn含量呈先减少后增加的趋势,Ga含量几乎呈线性减少的趋势。随Ar工作压强的升高,薄膜的e/a值逐渐增大,薄膜的相变温度逐渐升高,室温下可以获得具有四方结构马氏体相的Ni-Mn-Ga薄膜。

Tb在Ni-Mn-Ga合金中的存在状态及其对磁感生应变的影响

制备了不同Tb含量的多晶Ni-Mn-Ga合金,利用SEM观察了合金的微观组织、第二相形貌;用EDAX对第二相化学成分进行了定性、定量分析。研究了稀土元素Tb的存在状态对合金的磁感生应变影响。结果表明:稀土极小部分固溶在基体中,主要以第二相的形式少量在晶内析出,大量在晶界处富集。当少量稀土Tb以第二相弥散分布在晶内时,可提高合金的磁感生应变。

磁控溅射制备Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金薄膜

本文采用直流磁控溅射的方法,分别在Si、Cu和NaCl基底上沉积了Ni-Mn-Ga薄膜,研究了不同基底、不同溅射条件和热处理对薄膜成分、组织形貌及结构的影响。结果表明,当溅射功率为22.5W,靶基距为40mm,溅射氩气压为0.1Pa时为最佳工艺参数。Si基片上薄膜比较致密均匀,Cu基片上薄膜则较为疏松,NaCl基片上薄膜表面分布着团簇颗粒,但三种薄膜均可见明显的岛状结构,表明薄膜的形成为核生长型机制。热处理前的薄膜具有部分非晶存在。

Heusler合金Ni-Mn-Ga和NaZn_(13)型化合物La(Fe,Co,M)_(13),M=Si,Al的巨大磁熵变(英)

在Heusler合金Ni Mn Ga和NaZn1 3型化合物La(Fe,Co,M)1 3,M =Si,Al中很宽温度区间发现巨大磁熵变△S。这两种材料在室温区的磁熵变△S均显著地超过单质稀土Gd并达到著名的磁热效应材料Gd5Si2 Ge2 合金的磁熵变幅度.Heusler合金Ni Mn Ga中的巨大磁熵变来源于具有一级相变特征的马氏结构相变。NaZn1 3型化合物La(Fe,Co,M)1 3,M =Si,Al中异常巨大的磁熵变与合金中的强的磁晶耦合相关,表现为居里温度附近晶格的巨大负膨胀。材料的低价格和其巨大磁熵变表明,Heusler合金Ni Mn Ga和NaZn1 3型化合物La(Fe,Co,M)1 3,M =Si,Al在很宽的高温区,尤其在室温区作为磁制冷工质非常有吸引力。

多晶Ni-Mn-Ga磁性记忆合金中间马氏体相变研究

用内耗分析方法研究了Ni Mn Ga磁性记忆合金的相变行为。发现多晶材料也存在着由温度诱发的完整的热弹性中间马氏体相变。在发生中间马氏体相变过程中 ,内耗明显增高 ,同时 ,弹性模量发生突变 ,表明相变前和相变后材料的模量有较大的差异。

热处理制度对多晶Ni-Mn-Ga合金马氏体相变和磁感生应变的影响

本文研究了不同热处理制度对多晶Ni52.5Mn23.5Ga24合金马氏体相变点、室温下材料的显微组织、磁感生应变大小的影响.结果表明:该材料的马氏体相变热滞后与热处理制度有关,随着热处理时间的增长,合金的晶粒变大,合金的磁感生应变也变大.

预加压应力对Ni-Mn-Ga-RE(RE=Tb,Sm)合金磁感生应变的影响

研究了稀土元素Tb和Sm对Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金的马氏体相变及磁致应变的影响,并着重研究了预加压应力对合金磁致应变的影响作用。结果发现,微量的稀土元素Tb和Sm的掺入,降低了合金的马氏体相变温度和居里温度。在施加一定的预加压应力后,其磁致应变值有大幅提高,并且大预加压应力在较低磁场下不能使合金产生最大磁致应变,但能够使合金在高磁场作用下获得大磁致应变,所以施加适当的预加压应力是提高合金磁致应变的有效方法。