多晶Ni--Mn--Ga合金单应力场处理及磁致应变研究

摘要

本文利用定向凝固制备了Ni50Mn28.5Ga21.5与Ni50Mn30 Ga20两种成分的合金。利用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电镜(SEM)以及电子背散射衍射(EB SD)对两种合金的成分、晶体结构、转变温度以及微观组织进行了研究;利用岛滓AG-Xplus100KN电子万能试验机对两种成分的样品进行了压缩处理，分析了不同压缩处理制度对挛晶移动应力平台降低的效果;并进一步分析了压缩之后样品的磁感生应变及变体间取向关系。
　　研究结果表明:合金熔炼时Mn的挥发损失比较大，要对Mn进行2％的补偿，这样熔炼得到的合金成分才会与名义成分差别最小，定向凝固得到的合金也保留了所设计的晶体结构。
　　Ni50Mn28.5Ga21.5合金具有5M调制结构马氏体，室温组织为5M马氏体和少量的奥氏体，5M马氏体具有单斜5层调制结构;Ni50Mn30Ga20合金室温相为具有非公度调制结构的7M马氏体。与5M马氏体相比，7M马氏体具有更大的倾斜角。
　　压缩时所用的块体样品要保证三个方向的尺寸是一致的，这样的压缩效果才最好;三个方向的压缩能使材料获得最大的残余应变;沿着两个方向的压缩残余应变虽然比沿着三个方向的小，但是孪晶移动应力平台被降的更低。适当的延长退火时间，提高退火温度有利于优化压缩处理的效果。
　　室温下的单应力场处理能够降低孪晶移动的应力平台，5M调制马氏体最低能够降到5MPa附近.7M调制马氏体最低能降到2.5MPa。通过反复的压缩处理能够简化材料的孪晶结构，使马氏体板条的排布沿着定向凝固方向或者与定向凝固方向成很小的锐角。马氏体板条也由原来尺寸均匀的细板条变成了尺寸不均匀的粗板条。
　　压缩处理能显著提高合金的磁感生应变，相比于对5M调制马氏体的优化效果而言，对7M调制马氏体的优化效果更好。
　　压缩处理能够诱发7M马氏体产生新的孪晶体系，Ⅰ型孪晶的孪晶面与Ⅱ型孪晶的孪晶方向均发生了改变;与初始合金的孪晶体系(s=0.2299)相比，新的孪晶体系的Ⅰ型孪晶和Ⅱ型孪晶的切变量（s=0.1154）更小，故更容易被外场驱动。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 形状记忆合金

1．3 Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金

1．3．1 Ni-Mn-Ga合金母相和马氏体的晶体结构

1．3．2 Ni-Mn-Ga合金的相变

1．4 磁感生应变

1．4．1 研究进展

1．4．2 产生的条件

1．4．3 产生机制

1．5 本文研究的内容与意义

第2章 合金的制备与实验方法

2．1 材料的制备

2．1．1 配样前的准备

2．1．2 合金的熔炼

2．1．3 定向凝固

2．2 试验方法

2．2．1 成分的测定

2．2．2 合金的物相测试

2．2．3 相变温度的测定

2．2．4 合金微观组织表征

2．2．5 合金单场压缩处理

2．2．6 取向差计算

2．2．7 孪晶类型表征

2．2．8 磁感生应变的测量

第3章 定向凝固合金的晶体结构与马氏体相变

3．1 引言

3．2 合金的熔炼

3．3 晶体结构的测定

3．3．1 Ni50Mn28．5Ga21．5的物相测试

3．3．2 Ni50Mn30Ga20的物相测试

3．4 相变温度的测定

3．4．1 Ni50Mn28．5Ga21．5的相变温度

3．4．2 Ni50Mn30Ga20的相变温度

3．5 本章小结

第4章 Ni-Mn-Ga单应力场处理及微观形貌观察

4．1 引言

4．2 5M调制结构马氏体压缩处理

4．2．1 不同尺寸样品单应力场压缩

4．2．2 5M沿A、B、C三个方向压缩

4．2．3 5M沿A、B两个方向压缩

4．2．4 不同退火时间下的5M样品

4．3 7M调制结构马氏体压缩处理

4．3．1 873K退火24h的7M样品压缩

4．3．2 1173K退火24h的7M样品压缩

4．4 微观组织形貌

4．4．1 5M调制马氏体3#样压缩处理前后

4．4．2 5M调制马氏体4#样压缩处理前后

4．4．3 7M调制马氏体1#样压缩处理前后

4．4．4 7M调制马氏体2#样压缩处理前后

4．5 本章小结

第5章 磁感生应变与变体取向

5．1 引言

5．2 磁感生应变

5．2．1 5M调制马氏体3#压缩处理前后

5．2．2 5M调制马氏体4#压缩处理前后

5．2．3 7M调制马氏体1#压缩处理前后

5．2．4 7M调制马氏体2#压缩处理前后

5．3 7M调制马氏体变体取向分析

5．3．1 原始样品变体取向分析

5．3．2 压缩处理后的7M马氏体变体取向分析

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢