（材料学专业论文）新型nimnga磁致形状记忆合金的晶体结构与微结构研究.pdf

1jj-1 k b y c o n g d a o y o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r w a n g y a n d o n g p r o f e s s o rz u o l i a n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e m b e r2 0 0 8 量 ； lbi-， l， 卜q矗一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 二e 思o 本论文受东北大学博士学位论文基金 课题编号1 8 7 0 2 0 1 4 资助 学位论文作者签名：以逮积 日 期： 学位论文版权使用授权书 w j ，口l ，。9 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： - i - 扛 kli， k i ， 唯。 东北大学博士学位论文摘要 新型n i m n g a 磁致形状记忆合金的晶体结构与微结构研究 摘要 近年来，化学成分接近n i 2 m n g a 的n i m n g a 磁致形状记忆合金由于具有磁致输出 应变大、响应速度快等优点而备受关注。然而，到目前为止仍然有许多关键性的基础问 题没有解决，这严重制约了此类合金性能的提高。本论文对n i m n g a 磁致形状记忆合 金的晶体结构、马氏体相变晶体学以及织构演变进行了系统研究，并对c o 元素添加对 n i m n g a 合金结构转变和磁转变特征的影响进行了探讨。 利用中子衍射对元素周期表中近邻元素组成的材料结构敏感的优势，通过原位中子 衍射实验对n i m n g a 合金的晶体结构和相变进行了研究。研究结果表明n i 4 8 m n 3 0 g a 2 2 合金在3 7 3 k 到2 9 3 k 温度区间内具有立方l 2 1h e u s l e r 奥氏体结构，当冷却到2 4 3 k 时 该合金的晶体结构已转变成七层正交马氏体结构，继续冷却到1 9 k 的过程中该合金的中 子衍射谱没有显著变化，说明该合金中没有发生中间马氏体相变。n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2 合金在 2 0 k 到4 0 3 k 温度区间内具有四方1 4 m m m 马氏体结构；加热过程中该合金的晶胞体积 在室温附近发生突变，与d s c 曲线上室温附近的吸热峰相吻合，说明该合金室温附近 在马氏体相区存在一个预转变。 利用电子背散射衍射( e b s d ) 技术和晶体学唯象理论分别对n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2 合金的 马氏体相变晶体学进行了实验研究和理论预测。1 0 7 3 k 退火后的n i 5 3 m n z s g a z 2 合金室温 下具有自协作马氏体组织。每个原始奥氏体晶粒内部只有两种不同取向的马氏体变体交 替分布，两种变体之间具有复合孪晶关系，孪晶元素为k l = ( 1 1 2 ) ，k z = ( 1 12 ) ，叩l = 【1 1 1 】， 珂2 = 【1 1 1 ，p = ( 11 0 ) ，s = 0 3 7 9 。两种变体之间的差取向为绕 轴旋转8 2 0 。马氏体 孪晶变体之间的界面为( 1 1 2 ) 面，孪晶界面即为孪生面。同一原始奥氏体晶粒内部两种孪 晶变体的相对量之比约为1 7 0 。马氏体相变过程中奥氏体( a ) 与马氏体( m ) 之间的 主要取向关系为k u r d j u m o v - - s a c h s ( k - s ) 关系：( 1 1 1 ) d ( 1 0 1 ) u ，【1 10 】d 1 1 1 1 】m 。根据 晶体学唯象理论计算得到的马氏体相变过程中的惯析面为( o 6 9 0 0 1 0 20 7 1 6 ) a ，宏观切 变量、切变方向和切变角分别为0 1 2 1 ，【0 7 0 90 1 0 50 6 9 8 1 a 和6 8 8 0 。在1 1 7 3 k 退火后 的n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2 合金中发现了存在于微米尺度马氏体片层内部的大量纳米尺度的微孪 晶。同一马氏体片层内的纳米微孪晶之阳j 具有复合孪晶关系。在该合金中观测到了两种 不同的马氏体片层界面，即相互穿插的片层间界面和台阶状的片层内界面。利用差取向 计算对通过这两种不同界面连接的纳米孪晶之间的取向关系进行了确定。 通过外加包套的方式成功的对n i m n g a ( c o ) 磁致形状记忆合金铸锭进行了等温锻 东北大学博士学位论文摘要 变形。中子衍射实验表明等温锻变形后的合金中具有较强的织构。等温锻变形后的 n i 4 s m n 2 5 g a 2 2 c 0 5 合金的织构在后续室温变形后发生了显著变化，并在随后的淬火后恢复 到了室温变形之前的状态：该合金在室温变形和随后热处理过程中的织构演变与其温控 宏观形状记忆效应密切相关。 在n i 5 3 0 x m n 2 5 g a 2 2 c o x ( z = 0 1 4 ) 合金中用c o 替代部分n i 能够有效提高合金的居里 温度。当c o 含量少于或等于6 时，合金的马氏体相变温度仅稍微降低；当c o 含量超 过6 时合金的马氏体相变温度急剧降低，可能归因于大量c o 元素添加引起的原子占位 混乱。这意味着用少量的c o 取代n i 有助于开发具有高马氏体相变温度、高居里温度的 磁致形状记忆合金。 对n i m n g a 磁致形状记忆合金诸如微观组织结构、晶体学、相变、合金化等基础 问题进行深入研究对优化现有n i m n g a 磁致形状记忆合金的功能行为和开发新型先进 磁致形状记忆合金具有重要的指导意义。 关键词：磁致形状记忆合金( m s m a s ) ；马氏体转变；晶体结构；织构；取向关系；合 金化；中子衍射；电子背散射衍射( e b s d ) t 一 y i i ， 。 0 东北大学博士学位论文a b s t r a c t s t u d yo nc r y s t a ls t r u c t u r ea n dm i c r o s t r u c t u r eo f n o v e ln i m n - g am a g n e t i cs h a p em e m o r y a l l o y s a b s t r a c t n i - m n g am a g n e t i cs h a p em e m o r ya l l o y s ( m s m a s ) w i t hc h e m i c a lc o m p o s i t i o nc l o s et o n i 2 m n g ah a v er e c e i v e dg r e a ta t t e n t i o nd u r i n gr e c e n ty e a r sd u et ot h e i rg i a n tm a g n e t i cs h a p e m e m o r ye f f e c ta n df a s td y n a m i cr e s p o n s e h o w e v e r t h e r es t i l lr e m a i nm a n yk e yf u n d a m e n t a l i s s u e su n r e s o l v e d ，w h i c hg r e a t l yh i n d e r sf u r t h e ri m p r o v e m e n to ft h ef u n c t i o n a lp e r f o r m a n c e s o ft h e s em s m a s i nt h i s w o r k , t h ec r y s t a ls t r u c t u r e ，m a r t e n s i t i ct r a n s f o r m a t i o n c r y s t a l l o g r a p h ya n dt e x t u r ee v o l u t i o no fn i m n g am s m a s a r es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d t h e i n f l u e n c eo f a l l o y i n g w i t hc oe l e m e n to ns t r u c t u r a la n d m a g n e t i ct r a n s f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fn i m n - g am s m a si sa l s oi n v e s t i g a t e d t h e c r y s t a ls t r u c t u r ea n dp h a s et r a n s f o r m a t i o no fn i - - m n g aa l l o y sa r ei n v e s t i g a t e db yi n s i t un e u t r o nd i f f r a c t i o nt e c h n i q u e ，t a k i n ga d v a n t a g eo ft h ea c u t ed i s c e r n m e n to fn e a r b y e l e m e n t si nt h ep e r i o d i ct a b l eo fn e u t r o nd i f f r a c t i o n i ti ss h o w nt h a tn i 4 s m n 3 0 g a 2 2h a sac u b i c ， l 2 1h e u s l e rs t r u c t u r ef r o m3 7 3 kt o2 9 3k i t sc r y s t a ls t r u c t u r ec h a n g e si n t oas e v e n - l a y e r e d o r t h o r h o m b i cm a r t e n s i t i cs t r u c t u r ew h e nc o o l e dt o2 4 3 k n os u b s t a n t i a l c h a n g eo ft h e n e u t r o nd i f f r a c t i o np a t t e r ni so b s e r v e du p o nf u r t h e rc o o l i n gt o1 9 k i n d i c a t i n gt h a tt h e r ei sn o i n t e r m a r t e n s i t i ct r a n s f o r m a t i o ni nt h i sa l l o y n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2h a sat e t r a g o n a l1 4 m m ms t r u c t u r e f r o m2 0 kt o4 0 3 k a na b r u p tj u m pi nu n i t - c e l lv o l u m ea r o u n dr o o m t e m p e r a t u r e ， c o r r e s p o n d i n gt oa ne n d o t h e r m i cp e a ki nt h eh e a t i n gd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) c u r v e ，i so b s e r v e d ，w h i c hi n d i c a t e sap r e t r a n s f o r m a t i o n i nt h em a r t e n s i t i c p h a s eo f n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2 t h em a r t e n s i t i ct r a n s f o r m a t i o nc r y s t a l l o g r a p h yo fn i 5 3 m n 2 5 g a 2 2i s e x p e r i m e n t a l l y s t u d i e db ye l e c t r o nb a c k s c a t t e rd i f f r a c t i o n ( e b s d ) a n dt h e o r e t i c a l l yp r e d i c t e db yt h e c r y s t a l l o g r a p h i cp h e n o m e n o l o g i c a lt h e o r y s e l f - a c c o m m o d a t e dm a r t e n s i t i cm i c r o s t r u c t u r ei s o b s e r v e da tr o o mt e m p e r a t u r ei nt h en i 5 3 m n 2 5 g a 2 2a l l o ya n n e a l e da t1 0 7 3 k t h e r ea r eo n l y t w om a r t e n s i t i cv a r i a n t sd i s t r i b u t e da l t e r n a t e l yi ne a c hi n i t i a la u s t e n i t eg r a i n t h et w ov a r i a n t s h a v eac o m p o u n dt w i n n i n gr e l a t i o n s h i pw i t ht h et w i n n i n ge l e m e n t sk t = ( 11 2 ) ，k z = ( 112 ) ， 印l = 【1 11 】，叩2 = 【1 1 1 ，p = ( 11 0 ) a n ds = o 3 7 9 t h em i s o r i e n t a t i o nb e t w e e nt h e mi s 一8 2 0 a r o u n d a x i s t h ei n t e r f a c ep l a n eb e t w e e nt h en e i g h b o r i n gm a r t e n s i t i ct w i n si sf o u n dt o i v r 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t b e ( 11 2 ) ，w h i c hc o i n c i d e sw i t ht h et w i n n i n gp l a n e t h er a t i oo ft h er e l a t i v ea m o u n t so ft w i n s w i t h i nt h es a m ei n i t i a la u s t e n i t eg r a i ni s - 1 7 0 t h em a i no r i e n t a t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e n a u s t e n i t e ( a ) a n dm a r t e n s i t e ( m ) i sk u r d j u m o v s a c h s ( k s ) r e l a t i o n s h i pw i t h ( 1 1 1 ) a ( 1 0 1 ) m ， 【110 a 111 】m b a s e do nt h ec r y s t a l l o g r a p h i cp h e n o m e n o l o g i c a lt h e o r y , t h ec a l c u l a t e dh a b i t p l a n ei s ( 0 6 9 0 0 1 0 20 7 1 6 ) a , a n d t h em a g n i t u d e ，d i r e c t i o na n ds h e a ra n g l eo ft h e m a c r o s c o p i ct r a n s f o r m a t i o ns h e a ra r eo 1 2 1 ，【0 7 0 90 1 0 50 6 9 8 aa n d6 8 8 。，r e s p e c t i v e l y n a n o s c a l et w i n si n s i d et h em i c r o m e t e rs c a l em a r t e n s i t i cl a m e l l a ea r eo b s e r v e di nt h e n i s 3 m n e s g a 2 2a l l o ya n n e a l e da t11 7 3 i ct h ei n t e r n a ln a n o t w i n sw i t h i no n em a r t e n s i t i cl a m e l l a h a v eac o m p o u n dt w i n n i n gr e l a t i o n s h i p t w ok i n d so fl a m e l l a ri n t e r f a c e s ，i e i n t e r p e n e t r a t e d i n t e r - l a m e l l a ri n t e r f a c ea n ds t e p p e di n t r a - l a m e l l a ri n t e r f a c e ，a r eo b s e r v e d t h eo r i e n t a t i o n r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h en a n o t w i n sc o n n e c t e db yt h et w ok i n d so fi n t e r f a c e sa r ed e t e r m i n e d n i - m n - g a ( c o ) m s m a sa r es u c c e s s f u l l yh o tf o r g e dt o g e t h e rw i t ht h es t a i n l e s ss t e e l j a c k e t s n e u t r o nd i f f r a c t i o nm e a s u r e m e n ts h o w st h a ts t r o n gt e x t u r ee x i s t si nt h eh o t f o r g e d i n g o t s t h et e x t u r ei nt h eh o t - f o r g e dn i 4 s m n 2 5 g a 2 2 c 0 5a l l o yc h a n g e ss i g n i f i c a n t l ya f t e rr o o m t e m p e r a t u r ed e f o r m a t i o n ，a n da f t e rs u b s e q u e n tq u e n c h i n gi tr e c o v e r st oi t si n i t i a ls t a t eb e f o r e r o o mt e m p e r a t u r ed e f o r m a t i o n t h et e x t u r ee v o l u t i o ni nt h en i 4 8 m n 2 5 g a 2 2 c 0 5a l l o yd u r i n g r o o mt e m p e r a t u r ed e f o r m a t i o na n ds u b s e q u e n th e a tt r e a t m e n ti s c l o s e l yr e l a t e d t oi t s t h e r m a l l yc o n t r o l l e dm a c r o s c o p i cs h a p em e m o r ye f f e c t t h es u b s t i t u t i o no fc of o rn ii nn i 5 3 吖m n 2 5 g a 2 2 c o xg = o - 1 4 ) a l l o y sp r o v e sv e r ye f f i c i e n t i ni n c r e a s i n gt h ec u r i et e m p e r a t u r e i to n l ys l i g h t l yd e c r e a s e st h em a r t e n s i t i ct r a n s f o r m a t i o n t e m p e r a t u r ew h e nt h ec oc o n t e n t i sl e s st h a n6 i nc o n t r a s t ，a l la b r u p td e c r e a s eo f m a r t e n s i t i ct r a n s f o r m a t i o n t e m p e r a t u r ei s o b s e r v e dw h e nt h ec oc o n t e n te x c e e d s6 ， p r o b a b l yd u e t ot h ea t o m i cd i s o r d e ra sar e s u l to ft h ea d d i t i o no fal a r g ea m o u n to fc o i ti s s u g g e s t e dt h a tt h es u b s t i t u t i o no fas m a l la m o u n to fc of o rn ii sh e l p f u lt ot h ed e v e l o p m e n t o f m s m a sw i t hh i g hm a r t e n s i t i ct r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ea n dh i g hc u r i et e m p e r a t u r e i n s i g h t si n t ot h ef u n d a m e n t a la s p e c t ss u c ha sm i c r o s t r u c t u r e ，c r y s t a l l o g r a p h y , p h a s e t r a n s f o r m a t i o na n d a l l o y i n g i nn i m n g am s m a sa r eo f g r e a ts i g n i f i c a n c e t ot h e i m p r o v e m e n to f t h ef u n c t i o n a lp e r f o r m a n c e so ft h ep r e s e n tn i - m n - - g aa l l o y sa n dt ot h ed e s i g n o fn e wp r o m i s i n gm s m a s k e yw o r d s ：m a g n e t i cs h a p em e m o r ya l l o y s ( m s m a s ) ；m a r t e n s i t i ct r a n s f o r m a t i o n ；c r y s t a l s t r u c t u r e ；t e x t u r e ；o r i e n t a t i o nr e l a t i o n s h i p ；a l l o y i n g ；n e u t r o nd i f f r a c t i o n ；e l e c t r o n b a c k s c a t t e rd i f f r a c t i o n ( e b s d ) v k 一 i - v 、v 东北大学博士学位论文 目录 目录 声明i 摘要i i a b s t r a c t i v 第一章文献综述l 1 1 前言l 1 2n i m n g a 磁致形状记忆合金2 1 2 1n i m n g a 合金的晶体结构2 1 2 1 1 母相的晶体结构2 1 2 1 2 马氏体相的晶体结构3 1 2 2n i m n g a 合金的相变6 1 2 2 1 转变次序6 1 2 2 2 凝固以及无序有序转变6 1 2 2 3 预马氏体相变6 1 2 2 4 马氏体相变8 1 2 2 5 中间马氏体相变9 1 2 3n i m n g a 合金的磁性能1 l 1 2 3 1 居里温度1 1 1 2 3 2 磁矩。11 1 2 3 3 磁化强度1 1 1 2 3 4 磁各向异性1 2 1 2 3 5 磁畴结构1 3 1 2 4n i m n g a 合金的磁致形状记忆效应。1 4 1 2 4 1 前提条件1 4 1 2 4 2 产生机制1 4 1 2 4 3 磁致应变的理论和实验观测值1 5 1 2 5n i m n g a 合金的微观组织结构1 7 1 2 6n i m n g a 合金的晶体学特征1 8 1 2 6 1 晶体学织构18 1 2 6 2 取向关系19 v i 东北大学博士学位论文 目录 1 2 7n i m n g a 合金的力学性能2 0 1 2 8n i m n g a 合金的合金化2 2 1 3 本文的研究意义与研究内容2 3 第二章n i m n g a 合金晶体结构和相变的原位中子衍射研究2 5 2 1 引言2 5 2 2 实验材料与方法2 5 2 3 结果与分析2 6 2 3 1n i 4 8 m n 3 0 g a 2 2 合金的晶体结构与相变2 6 2 3 2n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2 合金的晶体结构、磁结构与相变3 0 2 4 本章小结3 6 第三章n i m n g a 合金的微观组织结构与马氏体相变晶体学特征 3 7 3 、弓言3 1 3 2 实验材料与方法3 7 3 2 1 实验材料3 7 3 2 2 热处理工艺3 8 3 2 3 微观组织结构与晶体学特征测试分析3 9 3 3 铸态n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2 合金的微观组织结构与孪晶关系。4 0 3 3 1 差取向计算4 0 3 3 2 实验与计算结果及分析4 l 3 3 3 本节小结4 5 3 41 0 7 3 k 退火后的n i 5 3 1 1 1 2 5 g a 2 2 合金马氏体相变晶体学的实验研究与理论预测4 6 3 4 1 实验与计算结果4 6 3 4 1 1 微观组织结构4 6 3 4 1 2 马氏体变体间的取向关系4 8 3 4 1 3 李晶界面及孪晶相对量4 8 3 4 1 4 奥氏体与马氏体间的取向关系。5 0 3 4 2 马氏体相变晶体学的理论预测及其与实验结果的比较5 4 3 4 3 分析与讨论5 7 3 4 4 本节小结5 9 i 、 y 、， 东北大学博士学位论文 目录 3 51 1 7 3 k 退火后的n i 5 3 m n 2 5 g a 2 2 合金马氏体片层界面特征及纳米微孪晶间的取向关 j 6 ( ) 3 5 1 实验与计算结果及分析6 0 3 5 2 本节小结7 4 第四章n i m n g a 合金的塑性变形与织构演变7 5 4 1 引言7 5 4 2 实验材料与方法7 5 4 2 1 实验材料7 5 4 2 2 等温锻变形7 8 4 2 3 织构演变实验7 8 4 3 结果与分析。7 9 4 3 1 外观照片7 9 4 3 2 微观组织结构8 0 4 3 3 织构演变与温控宏观形状记忆效应8 0 4 4 本章小结8 4 第五章c o 元素添加对n i m n g a 合金性能的影响8 5 5 1 引言8 5 5 2 实验材料与方法8 5 5 3 结果与分析8 6 5 3 1 微观组织8 6 5 3 2 晶体结构8 7 5 3 3 马氏体相变8 8 5 3 4 居里温度9 2 5 3 5 压缩性能9 2 5 4 本章小结9 4 第六章结论9 5 参考文献9 7 致谢1 1 5 攻读学位期间发表及待发表的论文1 1 7 v i i i 、。 东北大学博士学位论文 第一章文献综述 1 1 前言 第一章文献综述弟一早义i 颚琢逊 随着科学技术的快速发展，人们对高性能材料的需求日益增长。现代技术需要能够 对环境变化做出精确反应的功能材料。与传统的结构材料不同，功能材料的物理化学性 能对诸如温度、湿度、p h 值、压力、电场、磁场、光波波长等外界环境的变化非常敏 感。所有的功能材料都是换能材料，它们能够将一种能量转换成另外一种能量，因此它 们作为传感和驱动材料在医学、土木工程、国防、航空、航海等诸多领域具有广泛的应 用。 功能材料可以根据响应和激励类型的不同进行分类。在大量的功能材料中，电场驱 动的压电材料、磁场驱动的磁致伸缩材料以及温度场驱动的形状记忆合金由于具有广泛 的应用前景而备受关注【l 】。然而，这些材料各具自己的优缺点。压电材料能够在电场的 作用下发生变形，同样也能在外加应变场的作用下产生电场。压电材料以工作频率高 ( 1 0 k h z 数量级) 而著名，然而它们的输出应变相对较小。性能最好的压电陶瓷仅能产 生大约o 1 9 的输出应型2 1 。以t e r f e n 0 1 d 为代表的磁致伸缩材料能在磁场作用下产生 应变。与压电材料相似，磁致伸缩材料也能在高达l o k h z 的频率下工作，但是也同样具 有输出应变小的缺点。在单晶磁致伸缩材料中观测到的最大应变仅有大约0 2 t 3 1 。此外， 磁致伸缩材料非常脆，而且制备成本相对较高。以n i t i 为代表的形状记忆合金由于发 生温度场驱动的可逆马氏体相变而能恢复高达8 的塑性应变【4 】。然而，由于驱动可逆 马氏体相变的加热和冷却过程非常缓慢，形状记忆合金的工作频率非常低。上述各种功 能材料的缺点严重制约了其在特定领域的应用，开发一种输出应变大且响应速度快的高 性能功能材料已势在必行。 近年来，人们开发了一种被称为磁致形状记忆合金( m a g n e t i cs h a p em e m o r y a l l o y s ， m s m a s ) ( 又称为铁磁性形状记忆合金( f e r r o m a g n e t i cs h a p em e m o r y a l l o y s ，f s m a s ) ) 的新型功能材料。磁致形状记忆合金将无扩散可逆马氏体相变与该类合金的铁磁性能巧 妙的结合在一起，其磁致应变( m a g n e t i c f i e l d i n d u c e ds t r a i n ，m f i s ) 源于磁场作用下 马氏体变体的重新排列。因此，磁致形状记忆合金将温控形状记忆合金与磁致伸缩材料 的优点集于一身，既具有大的输出应变，又具有高的响应频率。文献中报道的磁致形状 记忆合金的磁致应变高达9 5 t 蜘，比压电材料和磁致伸缩材料所产生的应变高一个数量 级。同时，磁致形状记忆合金的工作频率可高达k h z 数量级1 6 ，7 1 。受到磁致形状记忆合 金这些优点的启发，过去几十年中人们围绕这种材料的各个方面展开了深入而细致的研 东北大学博士学位论文 第一章文献综述 究1 5 。2 酬。 目前为止，人们在多个合金系里面发现了磁致应变，其中包括n i m n g a 裂孓1 1 j ， c o - n i g a 系【1 2 1 ，c o n i a 1 系【1 3 ，1 4 1 ，n i f e - g a 系【1 5 ，1 6 1 ，n i m n a 1 烈1 7 1 ，f e - p d 系【1 8 之0 1 以 及f e p t 裂2 1 1 。在这些合金中，化学成分接近化学计量比n i 2 m n g a 的n i m n g a 合金最 具前景，这是因为n i m n g a 合金的几个关键特性使得它们独具一格，并吸引了研究者 的广泛兴趣。首先，它们是迄今为止唯一被发现具有从立方l 2 lh e u s l e r 结构转变为复 杂马氏体结构的热弹性马氏体相变的铁磁性金属间化合物2 2 , 2 3 】。其次，这类合金中与马 氏体相变相关联的几个特性引起了功能材料研究者的极大兴趣，这些特性包括双程形状 记忆效应【2 4 ，2 5 1 ，超弹性2 6 1 和磁致应变8 ，外。最后，也是最重要的，目前为止最大的磁致 应变仅发现于n i m n g a 合金中【5 】。因此，n i m n g a 合金在过去的十年中得到了最为广 泛的研究，也成为本论文的研究对象。 1 2n i m n g a 磁致形状记忆合金 人们对n i m n g a 合金的研究已经有4 0 多年的历史了。最开始人们是将n i 2 m n g a 和其它合金一起作为具有化学式x 2 y z 的h e u s l e r 合金来研究的【2 卜3 2 j 。s o l t y s 是第一个集 中研究n i m n g a 合金系的人 3 3 , 3 4 】。后来w e b s t e r 掣冽在1 9 8 4 年详细研究了该合金中的 马氏体相变和磁有序。1 9 9 0 年前后k o k o r i n 掣3 5 】和c h e r n e n k o 掣3 6 】开始将n i m n g a 作 为形状记忆合金进行系统的研究。利用磁场使孪晶变体重新排列从而产生磁致应变的新 奇想法产生的相对较晚，仅在近十年来受到广泛关注。1 9 9 6 年u l l a k k o 等【8 】首次在2 6 5 k 、 施加8 k o e 磁场的情况下在n i 2 m n g a 单晶中发现了0 2 的磁致应变。其后一个新的研 究时代开始了，人们从实验和理论上对n i m n g a 磁致形状记忆合金的各种性能进行了 广泛而深入的研究。1 9 9 8 年o h a n d l e y 等【3 7 】和j a m e s 掣1 8 】建, - y - t 磁致马氏体变体重新 排列的理论模型。2 0 0 0 年m u r r a y 等【9 , 3 8 】在五层调制马氏体中成功发现了6 的巨磁致应 变。2 0 0 2 年s o z i n o v 等【5 】在七层调制马氏体中发现了接近1 0 的更大磁致应变，这也是 迄今为止在磁致形状记忆合金中发现的最大磁致应变。到目前为止，人们围绕n i m n g a 合金诸如晶体结构、相变、磁性能、磁致形状记忆效应、力学性能、合金化等方面进行 了大量研究，揭示了许多新现象和新规律。 1 2 1n i