细晶Ni-Mn-Ga合金的马氏体相变和磁热性能

摘要

本文通过控制球磨参数来得到不同粒径分布的Ni-Mn-Ga粉体材料，并随后加以退火处理。采用X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、超导量子干涉仪（SQUID）来表征其组织结构、马氏体相变、磁热效应，揭示不同粒径大小的Ni-Mn-Ga合金的组织结构和马氏体相变特征以及磁热性能。
　　实验发现，在球磨过程中，Ni-Mn-Ga粉体的尺寸并非随球磨时间的增加而一直下降。在球磨转速统一为500转/分、球料比为5:1、球磨介质均为丙酮时，熔铸态Ni-Mn-Ga块材晶粒大小尺寸约为3mm,发现经过60min球磨时，晶粒尺寸大小即进入100μm量级以内，球磨时间延长，所得粉体尺寸逐渐减小。当球磨时间达到24h，所得粉体尺寸在20μm左右，其后继续延长球磨时间至72h，发现粉体尺寸约为200nm，再增加球磨时间则粉体的尺寸趋于稳定而不发生显著变化。
　　XRD和DSC表征发现，固溶态块材在加热和冷却时发生单步马氏体相变，其原因在于Ni2MnGa室温下为母相 L21结构，Ni47.4Mn32.1Ga20.5室温下为体心四方非调制马氏体结构。球磨后粉体在热分析时未显示明显吸放热峰是由于球磨附加了很大的内应力，其晶格会发生畸变，只是一些粒径的球磨粉体表现出宽泛的、微弱的相变潜热峰。在对由 Ni47.4Mn32.1Ga20.5块材球磨所得的五组粒径不同的粉体进行500℃/5h去应力退火后，发现随着粒径的减小，马氏体相变温度呈下降趋势，这是因为随晶粒尺寸的减小，晶界的体积分数增大，阻碍马氏体在母相晶内的形核长大，从而使Ms点向低温移动。退火前后的粉末XRD分析表明内应力的存在与否及其大小能够影响细晶 Ni-Mn-Ga的相变路径，且退火后的Ni47.4Mn32.1Ga20.5粉体呈现出7M正交马氏体结构，表明在室温下，四方非调制马氏体比7M马氏体更为稳定。
　　磁性能测试表明，细晶 Ni47.4Mn32.1Ga20.5粉末的居里温度不随其粒径而改变、对合金组分不敏感，且其居里点高于马氏体相变点，马氏体为铁磁相。5T磁场下，在块材Ni47.4Mn32.1Ga20.5中得到了最大磁熵变，为23J/kg·K,且随着粒径的减小，其最大磁熵变也呈现减小趋势，所有粉末的最大磁熵变均在其马氏体相变点附近出现。

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第1章 绪 论

1.1 磁热合金材料简介

1.2选题背景及其意义

1.3主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 材料制备及热处理

2.2 相变温度的测量

2.3 组织结构分析

2.4 磁热性能的表征

第3章 细晶Ni-Mn-Ga合金的组织结构和马氏体相变

3.1 引言

3.2 细晶Ni-Mn-Ga合金的球磨制备

3.3 细晶Ni-Mn-Ga合金的物相分析（XRD）

3.4 细晶Ni-Mn-Ga合金的马氏体相变（DSC）

3.5 本章小结

第4章 细晶Ni-Mn-Ga的磁热性能

4.1 引言

4.2 磁熵变的计算方法

4.3 细晶Ni-Mn-Ga合金的磁学性能

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢