磁控形状记忆合金CoNiAl的制备及性能研究

摘要

本文采用铜模真空吸铸法制备了Co38Ni34Al28-xMnx(x=0,0.5,1,1.5,2,3)合金和Co38Ni34Al28-xCrx(x=0,0.5,1,1.5,2)合金,用光学显微分析(OM)、X射线衍射分析(XRD)、交流磁化率、振动样品磁强计(VSM)等研究了合金成分和热处理工艺对合金的显微组织、马氏体相变特性、磁转变、磁性能和显微硬度的影响,并分析了其影响机理。研究的结果表明:
　　 1、Co38Ni34Al28-xMnx合金和Co38Ni34Al28-xCrx合金的显微组织与Mn、Cr含量有关。随着Mn、Cr含量的增加,合金的γ相析出量增加,形态由颗粒状逐渐变为长条状,合金的β相晶粒逐渐细化。随着Mn、Cr含量的增加,马氏体含量减少。
　　 2、Co38Ni34Al28-xMnx合金和Co38Ni34Al28-xCrx合金的γ相含量随淬火温度的提高而减小,马氏体含量随淬火温度的提高而增加。在1473K淬火,合金为β+γ相组织；在1523K淬火,合金β相、γ相和马氏体相三相共存；1573K淬火,Co38Ni34Al28合金为单相马氏体,其余成分合金为γ相+马氏体相。Co38Ni34Al28、Co38Ni34Al27Mn1、和Co38Ni34Al27Cr1合金的γ相含量随着保温时间的增加稍有降低。两步热处理工艺可以控制Co38Ni34Al28-xMnx合金和Co38Ni34Al28-xCrx合金的γ相含量并使其完全沿晶界分布。在1573K／0.5h+1543K／5h的两步热处理工艺条件下,Co38Ni34Al28合金的γ相完全沿晶界析出,且晶界占据比率约为50％,有望得到综合性能较好的磁控形状记忆合金。
　　 3、Co38Ni34Al28-xMnx合金的马氏体相变温度与Mn含量和热处理工艺有关。随着Mn含量的增加马氏体相变温度Tms由302K降低至216K,相变热滞△T由4K增大至22K,相变热滞△T由4K增大至22K。淬火温度对合金的相变温度影响显著,Co38Ni34Al28合金的马氏体相变温度Tms随着淬火温度的提高由302K增加到360K,相变热滞△T随着淬火温度的提高由4K减小为0；Co38Ni34Al27Mn1合金的马氏体相变温度Tms随着淬火温度的提高由254K增加到359K,相变热滞随着淬火温度的提高由15K减小为10K。
　　 4、Co38Ni34Al28-xMnx合金的居里温度与Mn含量和热处理工艺有关。随着Mn含量的增加,居里温度由397K增加到422K。随着淬火温度的提高,Co38Ni34Al28合金居里温度由327K增加到430K,Co38Ni34Al27Mn1合金居里温度由335K增加到417K。且居里温度与淬火温度的关系成线性变化。
　　 5、Co38Ni34Al28-xMnx合金的饱和磁化强度与Mn含量和热处理工艺有关。相同热处理工艺条件下,Co38Ni34Al28-xMnx合金的饱和磁化强度随着Mn含量的增加而增大。在铸态合金中,Co38Ni34Al26.5Mn1.5合金的饱和磁化强度最大,达到60.47emu／g,远大于Co38Ni34Al28的35.08emu／g。在1473K-1573K范围内,随着淬火温度提高,合金的饱和磁化强度增大。在1573K保温不同时间后淬火,Co38Ni34Al28合金和Co38Ni34Al27Mn1合金的饱和磁化强度在一定范围内随保温时间增加而增大。
　　 6、Co38Ni34Al28-xMnx合金的磁晶各向异性常数随着Mn含量的增加而增大,且其数量级均在106erg／cm3。在1473K-1573K范围内,随着淬火温度提高,发生马氏体相变,Co38Ni34Al28合金和Co38Ni34Al27Mn1合金的磁晶各向异性常数增大。
　　 7、Co38Ni34Al28-xMnx合金和Co38Ni34Al28-xCrx合金的显微硬度随着Mn、Cr含量的增加而增大；在1473K-1573K范围内,随着淬火温度的提高,Co38Ni34Al26.sMn1.5合金和Co38Ni34Al27.5Cr0.5合金的显微硬度增大。