论文摘要
NiMnGa合金是同时具有铁磁性和热弹性马氏体相变特征的铁磁性金属间化合物,高温母相具有L21立方结构,而马氏体相通常具有复杂的四方结构。这种合金不仅具有可由磁场控制的双向形状记忆效应,而且具有非常大的磁感生应变。除具有传统形状记忆合金大应变、高推动力的特点外,还具有磁致伸缩材料和压电陶瓷材料的响应速度快和高效率的优点,是智能材料领域的研究热点之一。对Ni52Mn24Ga24单晶样品进行了交流磁化率、电阻和有无磁场下的相变应变测量。在单晶生长方向测量得到的自发相变应变约为-1.15%;分别施加沿应变测量方向和垂直应变方向1.2 T的磁场时,测量得到的饱和相变应变量分别为-2.35%和0.56%。利用弹性能竞争模型和成核生长动力学理论对单晶产生的大的自发的相变应变量和磁场诱导的相变应变量进行了较系统的分析。表明在Ni2MnGa合金发生马氏体相变时,磁场和应力都将诱导马氏体变体的短轴沿各自的方向取向。结合金相显微观察及相变应变测量表明在单晶生长过程中,由于在生长方向的温度梯度不同于垂直方向,导致晶体凝固时在生长方向引入了一定大小的取向内应力。金相观察了Ni53.2Mn22.6Ga24.2单晶样品应力诱发马氏体相变和中间马氏体相变过程中微观结构的变化。实验发现,在单轴应力作用下,马氏体相变和中间马氏体相变的变体重取向的机制不同,马氏体相变生成的变体的重取向是通过孪晶界移动的方式实现的,而中间马氏体相变生成的变体是处于择优取向的变体以逐渐长大的方式完成的。依据应力-应变曲线计算了应力加载和卸载过程的储能、输出功和能耗,结果表明储能、输出功和能耗随形变温度的升高而增大,但在更高的形变温度能耗反而减小。