学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

NiFeGa铁磁形状记忆合金的相变特性及磁热效应研究

作　者: 余华军
导　师: 祖小涛
学　校: 电子科技大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 铁磁形状记忆合金 Ni-Fe-Ga 马氏体相变 磁性能 磁热效应
分类号: TG139.6
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 401次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


铁磁形状记忆合金是最近几年研究发现的一种集磁控形状记忆和磁场诱发应变于一体的新型智能材料，有望成为传感器和驱动器等关键部件的首选材料。而Ni-Fe-Ga铁磁形状记忆合金具有磁晶各向异性能大和热加工性能优异等优点，其丰富的物理内容主要包括：第一，该合金是铁磁性的金属间化合物，它的高温母相具有L21／B2立方结构，而马氏体相通常是具有复杂的调制层结构。第二，其马氏体相变是热弹性的，马氏体相变特性受合金的化学成分和热处理工艺等的影响。第三，该合金具有高饱和磁化强度和大磁晶各向异性常数。因此，具有十分广阔的工程应用前景，并逐步成为各国学者研究的重点材料之一。本文通过电弧炉熔炼和吸铸的方法制备了Ni-Fe-Ga（-X）系列合金，系统地研究了Ni-Fe-Ga（-X）合金的金相组织、微观结构、马氏体相变行为和磁性能，考察了化学成分、第四元素合金化和热处理工艺等对Ni-Fe-Ga合金的影响。改进了制备Ni-Fe-Ga（-X）合金的方法，尝试提出改善合金磁热效应的途径，为Ni-Fe-Ga合金的工程化应用打下基础。研究结果表明，化学成分对Ni-Fe-Ga合金的室温组织和相结构的影响非常显著。室温下当Ni73-xFexGa27系列合金中的Fe含量由18at％提高到20at％时，合金由单一的马氏体相转变成奥斯体相。X射线衍射和TEM选区电子衍射揭示，Ni55Fe18Ga27合金室温下马氏体相为单斜的14M调制结构。同时，也发现Ge、Al、Co和Cu等第四元素合金化对Ni-Fe-Ga合金组织结构有着重要的影响。一定量的Ge元素替代Ni56．5Fe17 Ga26．5合金中的部分组元，能使合金在室温下由马氏体相转变成奥斯体相；Co的添加使Ni56．5Fe17Ga26．5-zCoz合金在室温下的显微组织由马氏体相和γ相而组成，随Co含量的增加，γ相数量增多，尺寸增大；Ni56．5Fe17Ga26．5-xAlx和Ni56．5-zFe17Ga26．5Cuz合金中不仅由马氏体或者奥氏体组成，而且存在多种相结构。Ni-Fe-Ga合金的马氏体相变行为对化学成分和第四元素的合金化十分敏感。在Ni73-xFexGa27系列合金中，马氏体相变温度Ms由Ni55Fe18Ga27合金的31．7℃下降到Ni52．5Fe20．5Ga27合金的-118．3℃；而在Ni73．5-yFeyGa26．5系列合金中，Ms由Ni56．5Fe17Ga26．5合金的108．9℃下降到Ni54．5Fe19Ga26．5合金的28．1℃。固定Fe／Ga比例不变时，Ni-Fe-Ga合金的马氏体相变温度随Ni含量的增加而线性升高，具体地说，在Ni56．5+zFe17Ga26．5系列合金中，Ms从Ni含量为54．5at％时的39．6℃增加到Ni含量为58．5at％时的139．9℃。发现Ge元素无论是替代合金的Ni或Fe，还是Ga，都明显地降低合金的马氏体相变温度，Ge替代Ni马氏体相变温度下降最快，Ge替代Fe次之，Ge替代Ga最慢：而Co替代Ni-Fe-Ga合金中的Ga原子显著地提高了合金的马氏体相变温度。初步认为应该从价电子浓度、尺寸因素和有序度作用等综合因素考察马氏体相变温度的变化。热处理工艺也是影响Ni-Fe-Ga合金马氏体相变行为的重要因素之一。结果表明，马氏体相变温度比未退火的明显下降，然后随着退火温度的升高而升高；而随退火时间的延长，合金的逆马氏体相变温度逐渐升高，马氏体相变温度首先是升高，直到退火时间为5 h，然后随退火时间的延长而下降。合金母相的有序度、晶体缺陷和内应力等是热处理工艺影响合金马氏体相变温度的可能原因。在强磁场磁化时，Ni-Fe-Ga（-X）合金表现出一共同的特征，即合金的高温奥氏体呈易磁化，易达到饱和；低温马氏体相表现出难磁化，达到饱和缓慢的特性。而在Ni56．5-xFe17Ga26．5Gex（x=0，0．5，1．0，2．0）合金中，合金的饱和磁化强度和磁晶各向异性常数均随着Ge含量的增加而减小；居里温度是随着Ge原子含量增加而降低的。通过等温磁化曲线，研究了Ni-Fe-Ga（-X）合金的磁热效应。结果显示，Ni55Fe18Ga27合金的磁熵变最大值不是很高，在50 kOe的磁场下，最大值仅为-2．0J／kgK，很难作为磁制冷技术的磁工质。Al和Ge的添加尽管提高了合金的磁熵变最大值，但是仍不能达到磁制冷技术的要求。但是，通过研究发现，改变合金的成分，磁性原子的合金化可能是提高磁热效应的有效方法。室温压缩实验结果表明，Ge元素的添加提高了NiFeGa合金的抗压强度，改善了合金的延伸率。(Ni56．5Fe17Ga26．5)100-xGex合金的抗压强度和延伸率随Ge含量的增加而增加。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章 绪论  13-38
  1.1 NiMnGa铁磁形状记忆合金的研究概况  15-22
    1.1.1 Ni_2MnGa合金的晶体结构和性能  15-18
    1.1.2 NiMnGa合金的马氏体相变行为  18-22
    1.1.3 NiMnGa合金的磁感生应变  22
  1.2 NiFeGa铁磁形状记忆合金的研究现状  22-26
    1.2.1 NiFeGa合金的母相及马氏体相结构  23-24
    1.2.2 NiFeGa合金的热诱发马氏体相变  24-25
    1.2.3 NiFeGa合金的应力诱发马氏体相变  25-26
  1.3 其它几种铁磁形状记忆合金研究简介  26-27
  1.4 影响铁磁形状记忆合金马氏体相变的因素  27-33
    1.4.1 化学成分对合金马氏体相变温度的影响  27-30
    1.4.2 第四元素合金化对合金马氏体相变温度的影响  30-31
    1.4.3 热处理对合金马氏体相变温度的影响  31-32
    1.4.4 其他因素对合金马氏体相变温度的影响  32-33
  1.5 铁磁形状记忆合金的磁性和磁热效应  33-36
    1.5.1 铁磁形状记忆合金的磁性  33-34
    1.5.2 磁热效应  34-36
  1.6 本论文研究的目的、意义及研究内容  36-38
    1.6.1 本论文研究的目的、意义  36
    1.6.2 本论文研究主要内容  36-38
第二章 材料制备与测试方法  38-43
  2.1 材料制备  38
    2.1.1 实验原材料  38
    2.1.2 实验合金的制备  38
  2.2 测试方法  38-43
    2.2.1 金相组织观察  38-39
    2.2.2 透射电子显微镜  39-41
    2.2.3 X射线衍射分析  41
    2.2.4 相变温度测量  41
    2.2.5 磁性能测量  41-42
    2.2.6 力学性能测量  42
    2.2.7 其它实验方法  42-43
第三章 Ni-Fe-Ga铁磁形状记忆合金的马氏体相变  43-60
  3.1 引言  43-44
  3.2 实验  44-45
  3.3 实验结果和讨论  45-58
    3.3.1 化学成分对Ni-Fe-Ga合金室温显微组织的影响  45-49
    3.3.2 化学成分对Ni-Fe-Ga合金相结构的影响  49-51
    3.3.3 化学成分对Ni-Fe-Ga合金马氏体相变温度的影响  51-58
  3.4 本章小结  58-60
第四章 合金化对Ni-Fe-Ga合金马氏体相变的影响  60-84
  4.1 引言  60-61
  4.2 实验方法  61
  4.3 实验结果和讨论  61-82
    4.3.1 第四元素对合金组织结构和相组成的影响  62-70
    4.3.2 第四元素对Ni-Fe-Ga合金马氏体相变的影响  70-79
    4.3.3 Ni_(56.5-x)Fe_(17) Ga_(26.5)Ge_x合金的有序-无序转变  79-80
    4.3.4 Ge元素对Ni-Fe-Ga合金力学性能的影响  80-82
  4.4 本章小结  82-84
第五章 热处理工艺对Ni-Fe-Ga合金马氏体相变的影响  84-102
  5.1 引言  84
  5.2 实验方法  84-85
  5.3 结果与讨论  85-100
    5.3.1 热循环对Ni-Fe-Ga合金马氏体相变的影响  85-88
    5.3.2 升降温速率对Ni-Fe-Ga合金马氏体相变的影响  88-92
    5.3.3 退火工艺对Ni-Fe-Ga合金马氏体相变的影响  92-100
  5.4 本章小结  100-102
第六章 Ni-Fe-Ga合金的磁性能和磁热效应  102-116
  6.1 引言  102-103
  6.2 Ni-Fe-Ga合金的磁性能  103-107
  6.3 Ge元素对合金磁性能影响  107-110
  6.4 Ni-Fe-Ga(-X)合金的磁热效应  110-114
  6.5 本章小结  114-116
第七章 结论  116-119
  7.1 全文总结  116-118
  7.2 论文创新点  118-119
致谢  119-120
参考文献  120-130
攻博期间取得的研究成果  130-131

相似论文

  1. NiMnGa磁性功能材料的物性研究,TG139.6
  2. 磁热材料LaCeFeSi和NiMnSn磁熵变性能研究,O482.5
  3. 复合材料磁粉芯挤出成形及其软磁性能研究,TF124.39
  4. 等离子束表面冶金高硅涂层研究,TG174.4
  5. FeCuNb（Ti）SiB结构与磁性能研究,TG139.8
  6. 贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征,TB383.1
  7. Mn-Zn铁氧体纳米颗粒的制备及其应用,TB383.1
  8. 电沉积稀土-铁族磁性合金膜及其磁性能探究,TB383.2
  9. Cu-Ti（-Zr）系统中玻璃转变及马氏体相变的分子动力学模拟,TQ171.1
  10. 低温烧结制备复合石榴石铁氧体及其电磁性能研究,TQ138.11
  11. 高性能M型永磁铁氧体的制备与研究,O614.811
  12. 近室温磁制冷材料LaFe_（11.6）Si_（1.4）B_x的研究,TB64
  13. TbCu_7型Sm-Co基薄带磁体的研究,O482.5
  14. Mn-Al-C型磁性材料的研究,TM271
  15. Ga-Mn-Ni-Co合金的组织结构与相变,TG139.6
  16. Fe（Co）-Hf-B-Cu高温软磁合金形成及磁脉冲处理效应,TG139.8
  17. 强磁场下Fe-Sn偏晶合金凝固行为研究,TG111.4
  18. 铁核壳纳米粒子的合成及磁性能研究,TB383.1
  19. Nd_2Fe_（14）B/α-Fe型纳米晶双相复合磁体研究,TB383.1
  20. 桥联聚倍半硅氧烷杂化材料及其金属配合物的制备与性能研究,O634.41
  21. 溶胶—凝胶法制备NiCuZn铁氧体薄膜和粉体的研究,TM277

中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 其他特种性质合金 > 形状记忆合金
© 2012 www.xueweilunwen.com