NiMn基Heusler合金马氏体相变行为调控研究(2)
2.1.2 实验样品的制备 7
2.2 实验合金的研究方法 7
2.2.1 实验合金样品马氏体相变温度的测定 8
2.2.2 实验合金样品磁学性能的测定 8
2.2.3 实验合金样品相结构的分析 9
3 成分对于NiMn基Heusler合金马氏体转变的影响 11
3.1 NiMnSn三元合金成分对马氏体转变的影响 11
3.1.1 成分对马氏体转变温度的影响 11
3.1.2 价电子浓度对于马氏体转变温度的影响 13
3.2 Cr取代Mn对于NiMnSn合金马氏体转变的影响 13
3.2.1 Cr取代Mn对于合金马氏体转变温度的影响 13
3.2.2 Cr取代Mn合金的XRD分析 15
3.3 本章结论 16
4 成分对NiMn基Heusler合金磁性能的影响 17
4.1 试样合金的M-T曲线 17
4.2 试样合金的M-H曲线 19
4.3 试样合金的ΔS-T曲线 20
4.4 本章结论 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献25
1 绪论
1.1 前言
功能材料是当代最重要的基础性材料之一。功能材料一般都对能量具有转换作用，是区别于结构材料的着重于各种物理性能的材料。新型功能材料的研究在国际上一直都十分活跃，功能材料的进步推动着科技的发展，促进着技术的革新。Heusler合金具有非常丰富的物理特性，这使得该合金在开发功能材料上有着得天独厚的优势。半金属（semimetal）特性、磁热效应、磁场控制形状记忆效应等都是Heusler 合金展现出来的优异性能。这些特性具有巨大的研究价值和应用前景，所以人们对于 Heusler 合金的研究和基于合金的功能材料的开发应用前景充满着信心[1]。
Heusler合金具有很多系列，不同系列具有的性能各不相同，本文着重于关注NiMn基Heusler合金的性能，该系列的合金即具有热弹性马氏体相变，又具有铁磁相变。该系列合金当前热门的研究方向有磁场控制的大的形状记忆合金和由磁熵变引起的磁热效应材料 [1]。
NiMn基的Heusler合金，如成分接近Ni2MnGa的NiMnGa合金具有磁致输出应变大，响应速度快等优点。这类合金又被称为磁致形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloys, MSMAs），该合金的这两项优点是相应于以下几种材料而言。压电材料能够在电场的作用下发生变形，反之亦可。压电材料工作频率高达10kHz数量级，但输出应变相对较小，性能最好的也仅能产生大约0.19%的输出应变[2]。磁致伸缩材料同样也能在高频情况下工作，与压电材料相同，具有输出应变小的特点。资料显示在单晶的磁致伸缩材料中最大应变仅有大约0.20%[3]。磁致伸缩材料除了应变小外还有两个对实际应用非常不利的缺点，一个是材料的脆性大，另一个就是制备成本相对较高，高成本对材料的推广应用非常不利。温度场驱动的形状记忆合金的输出较大，这是因为该类合金在温度场的驱动下，发生了可逆弹性马氏体相变，塑性应变高达8%；其缺点也是显而易见的，由于温度场驱动，加热过程和冷却过程很难到达一个较高的频率，导致该类合金工作频率非常低。以上的所有合金缺点目前都未得到解决，这些缺点制约了这些材料的应用范围。人们希望磁致形状记忆合金可以解决目前的困境，对其进行了广泛而细致研究[4]。
NiMn基Heusler合金具有磁致输出应变大的优点，这是因为在外加磁场下它发生热弹性马氏体相变能够产生应变。形状记忆效应有两个原因：一个是外加磁场直接诱导发生可逆的马氏体相变，从而使材料的形状改变；另一个是马氏体变体的磁化强度具有各向异性，在外加磁场时，磁畴的易磁化轴转向外加磁场方向，从而也会产生材料的宏观变形 [5]。