Cu掺杂NiMnIn合金结构相变与磁性能

摘要

Ni-Mn-In合金作为新型磁控形状记忆材料，主要有两方面的研究:第一是磁致应变，这是合金能够形变的根本，而研究其马氏体结构及相变则是基础;第二是磁卡效应，磁卡效应主要应用于磁制冷领域，由于该合金拥有较好的磁卡效应，所以该合金还可用作磁制冷工质。
　　由于Ni-Mn-In合金对成分的变化非常敏感，参考国内外众多学者的研究，本文中决定通过掺杂改变成分来对其两个合金体系进行重点的研究。主要采用光学显微镜、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)、万能力学试验机等表征仪器研究了Ni50-xMn40In10Cux(x=0，1，2，4，5，6，8)合金块体及其条带经过Cu掺杂后，其内部组织、相结构的变化、马氏体以及奥氏体相变温度的变化、磁性变化以及压缩性能。此外还重点研究了Ni50Mn35-xIn15Cux(x=0，1，2，3，4，5)合金经过掺杂Cu后的相变激活能以及磁热效应。
　　研究表明:Ni50-xMn40In10Cux(x=0，1，2，4，5，6，8)合金块体及条带在室下均是马氏体和奥氏体的混合物，主要结构是7M调制结构的马氏体。随着Cu的增加，Ni50-xMn40In10Cux(x=0，1，2，4，5，6，8)合金块体及条带均发生了明显的马氏体相变，相变温度随着Cu的掺杂逐渐降低，合金马氏体相变温度最后已经低于室温。马氏体相变温度总是比奥氏体相变温度要低，这是典型的热滞现象。而不同甩带速率对合金的影响主要分三个阶段，低速区，中速区，高速区，这三个阶段相变温度变化明显。
　　通过研究Ni50Mn35-xIn15Cux(x=0，1，2，3，4，5)合金条带的相变激活能发现，该合金条带是一级相变材料，通过非等温动力学计算得出，马氏体相变过程分为两个阶段，相变初期形核阶段以及随后马氏体一级相变。
　　通过研究Ni50Mn35-xIn15Cux(x=0，1，2，3)合金块体的磁熵发现，随着Cu的掺杂，合金的磁熵发生了明显的变化，在合金中，当Cu含量为1at％时，合金的磁熵达到最大。而通过其Arrott曲线发现，合金在马氏体相变温度附近发生了变磁性相变，证实了该合金为典型的一级相变。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 Ni-Mn-Ga铁磁形状记忆合金的基本物性

1．2．1 Ni-Mn-Ga合金的晶体结构

1．2．2 Ni-Mn-Ga合金的马氏体结构与相变

1．2．3 Ni-Mn-Ga合金的磁性能

1．3 Ni-Mn-In磁控形状记忆合金的基本物性

1．3．1 Ni-Mn-In合金的晶体结构

1．3．2 Ni-Mn-In合金的马氏体相变

1．3．3 Ni-Mn-X合金的磁制冷及磁卡效应

1．3．4 Ni-Mn-X合金的力学性能

1．4 选题目的及研究内容

2 实验方法

2．1 样品的制备

2．1．1 真空熔炼

2．1．2 真空甩带

2．2 样品表征

2．2．1 表面形貌的表征

2．2．2 相结构的表征

2．2．3 相变温度的表征

2．2．4 磁性能的表征

2．2．5 力学性能的表征

3 Ni50-xMn40In10Cux合金块体的结构相变与力学性能

3．1 Ni-Mn-In-Cu合金块体的微观组织及相结构

3．1．1 Cu掺杂对Ni-Mn-In合金块体相结构的影响

3．1．2 Cu掺杂对Ni-Mn-In合金块体微观组织的影响

3．2 Ni-Mn-In-Cu合金块体的马氏体相变

3．3 Ni-Mn-In-Cu合金块体的力学性能

3．3．1 Cu掺杂对Ni-Mn-In合金块体表面硬度的影响

3．3．2 Cu掺杂对Ni-Mn-In合金块体压缩性能的影响

3．4 本章结论

4 Ni50-xMn40In10Cux条带的结构相变与磁性能

4．1 Ni-Mn-In-Cu条带的微观组织结构

4．1．1 Cu掺杂对Ni-Mn-In条带相结构的影响

4．1．2 Cu掺杂Ni-Mn-In条带微观组织

4．2 Ni-Mn-In-Cu条带的马氏体相变

4．3 Ni-Mn-In-Cu条带的磁性能

4．4 不同甩带速率对Ni50Mn40In10条带结构及相变温度的影响

4．4．1 甩带速率对Ni-Mn-In条带相结构的影响

4．4．1 甩带速率对Ni-Mn-In条带相变温度的影响

4．5 本章小结

5 Cu掺杂对Ni-Mn-In合金相变激活能及磁热效应的影响

5．1 Ni50Mn35-xIn15CUx(x=0，1，2，3，4，5)条带的相变激活能

5．2 Ni50Mn35-xIn15Cux(x=0，1，2，3)块体的磁熵

5．2．1 Ni50Mn35-xIn15Cux(x=0，1，2，3)合金块体的等温磁化曲线

5．2．2 Ni50Mn35-xIn15Cux(x=0，1，2，3)合金块体的Arrott曲线

5．2．3 Ni50Mn35-xIn15Cux(x=0，1，2，3)合金块体的等温磁熵变

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文