NiMnGa基形状记忆合金的显微组织研究

发布时间：2020-06-09 23:43

【摘要】：Ni-Mn-Ga形状记忆合金,兼具热弹性马氏体相变和磁性转变,可发展为磁性形状记忆合金和热驱动形状记忆合金。其中Ni-Mn-Ga高温形状记忆合金,因其相变温度可调范围大,较好的高温热稳定性,较高的形状记忆性能,原料及制备成本较低等优点引起了研究者的关注,但其多晶材料脆性较大,限制了该合金系的实际应用。如何通过合金化的方法改善其韧性同时保持较好的记忆性能,成为该领域的研究热点之一。本文采用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱仪、差示扫描量热分析仪和室温压缩实验机等,系统研究了 Ti替代Ni55Mn25Ga20合金中的Mn或Ga对合金的显微组织、马氏体相变行为、力学性能和记忆性能的影响规律,并对比研究了 Ni-Mn-Ga-V、Ni-Mn-Ga-Nd和Ni-Mn-Ga-Fe合金的透射电镜显微组织结构。研究结果表明:Ti代Ga:x≤1时,Ni55Mn25Ga20-xTix合金为四方结构马氏体单相组织,2≤x≤6时,合金为马氏体相和面心立方γ相组成的双相结构。相对于马氏体相,γ相为富Ni富Ti相,γ相含量随Ti含量的增加而增加。Ni-Mn-Ga-Ti合金在加热和冷却过程中发生一步热弹性马氏体相变。由于合金马氏体相的c/α和电子浓度的双重影响,随着Ti含量增加,合金马氏体相变温度随之下降,Ms温度从x=0时的317℃ 降到 x=6 时的 175℃。Ti 代 Mn:x≤l 时,Ni55Mn25.xGa20Tix 合金为马氏体单相组织,2≤x≤4时,合金为马氏体相和而心立方γ相组成的双相结构,x=6时,合金为奥氏体相和而心立力γ相组成的双相结构。随Ti含量增加,合金马氏体相变温度显著下降,Ms温度从x=0时的317℃降到x=4时的65℃,x=6时Ms温度低于室温,Ti代Mn对合金的相变温度的降低作用比Ti代Ga更显著。γ相的析出会显著提高合金的抗压强度和压缩变形率,但最大可回复应变降低。2at%Ti替代量时,兼具较高的相变温度,良好的韧性和记忆性能。TEM 实验结果表明 Ni56Mn25Ga11Fe8、Ni56Mn25Ga19-xVx(x=0,4,6)合金的马氏体相由宽度不一的孪晶变体组成,变体成自协作的孪晶关系,变体内有为微孪晶。经标定马氏体相为非调制四方结构,第二相为面心立方结构;Ni54Mn25Ga19Nd2的基体相也为非调制四方马氏体,但其第二相为简单六方结构。
【图文】：

真空电弧炉,锭子,试样,起弧

逦ＪＭ６逡逑合金块体采用ＷＳ－６型非自耗真空电弧炉，在氩气保护下进行熔炼，制成逡逑３０￣５０ｇ左右的纽扣锭，如图２－丨所示。具体过程为：熔炼时先抽低真空，然后逡逑抽高真空约至５ｘｌＯ＿３Ｐａ，最后充氩气保护，然后再重复上述过程。熔炼前要先熔逡逑化预置的Ｎｉ块以防止炉内剩余氧气氧化样品。熔炼起弧时需在炉料外起弧以避逡逑免污染试样。逡逑１２逡逑

曲线,特征温度,相变温度,曲线

用铝皿封装，放入坩埚设备中测试。试验过程中选择ｌ0°Ｃ／ｍｉｎ的升降温速逡逑率，，升降温度范围为室温至５００°Ｃ。逡逑在热分析曲线上用切线法（如图２－３）确定马氏体相变和马氏体逆相变的开逡逑始与结束温度：}、Ｍ／、先、？马氏体相变和逆马氏体相变的峰值温度分别记逡逑为Ａ／ｐ、相变滞后为今Ｍ；。逡逑ｎＴｒｎ逡逑｜邋（逦＂Ｗ邋＾逡逑Ｉ邋Ｖ－＾逦逡逑逦逦逦逡逑Ｔｏｒａｐａｒａｔｕｒｅ逡逑图２－２在ＤＳＣ曲线上确定合金的相变温度特征温度逡逑２．５力学性能及形状记忆效应测试逡逑通过压缩实验的方法测试合金试样的力学性能。压缩试样在线切割后用酒精逡逑在超声波清洗仪中进行清洗。采用ＳＡＮＳ实验机进行压缩实验，实验时的加载速逡逑率为０．０５ｍｍ／ｍｉｎ，试样尺寸为＜５３ｍｍ＞＜５ｍｍ圆柱状。逡逑用游标卡尺测出试样的压缩前长度（Ｌ0）。测量合金的抗Ｉｒｋ强度和压缩变形逡逑率时直接加载将试样压至破坏，通过随后的应力－应变曲线和压断后的尺寸测量逡逑确定试样的抗压强度（ＭＰａ）和压缩变形率（％）。而测量其性质记忆性能时将逡逑试样加压在预设的应变量为４％、６％、８％、１０％，后再按卸载速率进行卸载，测逡逑出此时的试样长度（Ｌ，）试验时。逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.6;TG115.21

【参考文献】