NiMn基铁磁形状记忆合金的探索与物性研究

摘要

NiMn基铁磁形状记忆合金因为其马氏体相变既可以由温度场调控，又可以由磁场调控，由此衍生出很多新颖的特性，比如磁电阻、磁致应变、磁制冷等等。其代表性材料是NiMnGa和NiMnIn合金。前者研究得比较早，其主要的特点是具有大的磁致应变，但是其磁功输出比较小。最近几年发现NiMnIn合金除具有比较新颖的特性外，其磁功输出也比较大，是当前研究的热点。我们从探索新材料和改善已有性质的角度出发，采用电弧熔炼和甩带快淬的方法制备了系列NiMnIn合金，通过X射线衍射，扫描电镜，多功能物性测量系统(MPMS)等手段对各种物性做表征，主要做了以下几个方面的工作:
　　(1)对多晶Ni50Mn33In17-xGax(x=4，5，7，8)样品与马氏体相变相关的结构及应变行为进行了研究。所有的样品表现出良好的马氏体相变。基于马氏体相变，在平行于凝固方向发现正的相变应变，而在垂直于该方向观察到负的相变应变，说明样品具有很好的择优取向。由于磁场诱导逆马氏体相变的发生，在70 kOe的磁场下发现了较大的可恢复磁致应变。最大磁致应变发生在x=4的样品，沿两个方向的最大值分别为-0.28％和0.5％，该值比之前报道的掺Co的NiMnIn多晶样品大好几倍。应变值随着Ga含量的增加而减小，说明择优取向随Ga含量的增加而降低。
　　(2)研发了Ni55Mn25In20铁磁形状记忆合金，并且运用第一性原理计算对其做了理论研究。样品是经过甩带机甩带制备而成。甩带片在室温下展现的是有序的L21结构。对于磁性和输运的测量发现，马氏体的相变温度为156K，并且奥氏体相和马氏体相都表现出铁磁性。此外，由于磁场诱导马氏体逆相变的发生，在50kOe的磁场下观察到17％的负磁电阻。由第一性原理计算得出，在该合金中占据原位的Ni的3d电子与占据In位的Ni的3d电子的杂化是驱动马氏体相变的主要因素。
　　(3)基于Ni55Mn25In20合金中马氏体相变的发现，为了进一步研究这类合金的相变原理及规律，我们制备了一系列样品Ni50+xMn25In25-x(x=0-9)，并对其结构及性质做了详细的研究。通过对其结构的研究发现，晶格常数随着In含量的减少而减小。通过对样品输运性质的测量发现，当x≥5时开始出现马氏体相变，并且相变温度随着In含量的减少逐渐升高;当x≥9时，熔炼和甩带都无法获得纯的Heusler结构，导致马氏体相变消失。关于相变的微观机制还在进一步的研究中。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 Heusler合金与研究进展

1．1．1 Heusler合金结构

1．1．2 Heusler合金的研究进展以及研究现状

1．2 形状记忆效应以及马氏体相变

1．2．1 形状记忆效应

1．2．2 马氏体相变

1．3 铁磁形状记忆合金的发展历程以及微观应变机制

1．4 本课题的研究内容及意义

参考文献

第二章 实验方法

2．1 样品的制备

2．1．1 电弧炉熔炼法制备多晶样品

2．1．2 甩带快淬法制备多量样品

2．2 测量及表征方法

2．2．1 结构表征——X射线衍射仪(XRD)

2．2．2 超导量子磁强计(SQUID)和物理性能测试系统(PPMS)

2．2．3 应变的测量

2．2．4 扫描电子显徽镜(SEM)

参考文献

第三章 多晶Ni50Mn33In17-xGax的磁致应变的研究

3．1 引言

3．2 样品的制备情况与测量方法

3．3 实验结果和讨论

3．4 结论

参考文献

第四章 Ni55Mn25In20合金的马氏体相变研究：实验以及第一性原理计算

4．1 引言

4．2 样品的制备和第一性原理计算

4．3 结果与讨论

4．4 结论

参考文献

第五章 富Ni基Ni-Mn-In系列合金的马氏体相变规律及物性的研究

5．1 引言

5．2 样品的制备和测量方法

5．3 结果与讨论

5．4 结论

参考文献

第六章 总结与展望

致谢

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