NiCoMnInGd磁性记忆合金的马氏体相变和性能研究

发布时间：2020-06-19 02:50

【摘要】：本文采用稀土Gd替代In的方法成功制备NiCoMnInGd磁性多晶合金。本文采用了光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、示差扫描量热仪、物性测量系统及综合压缩试验等方式研究了Ni-Co-Mn-In-Gd合金的微观显微组织、晶体结构、马氏体相变行为、磁性能、力学性能及其影响因素,阐明了稀土元素Gd对晶体结构、马氏体相变、磁性能和力学性能的影响规律及原因。由实验发现,稀土元素Gd的掺杂使Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x(0≤x≤1.6)合金显微组织发生了变化。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x合金的显微组织由基体和富Gd相所组成。富Gd相主要沿晶界分布,在晶内的第二相则呈颗粒状分布。逐渐增大Gd掺杂量,富Gd相的体积分数则随之增大,晶粒尺寸相对逐渐减小,当Gd含量为1.6at%时,沿晶界分布的第二相相互连接成网状,局部出现第二相的富集,晶内颗粒状富Gd相数量稍有增多。由能谱分析可知,稀土Gd在基体中溶解度很低,形成富Gd相。研究表明,在冷却和加热过程中,Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x(0≤x≤1.6)合金发生了一步热弹性马氏体相变与逆相变。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x合金的马氏体相变温度随着稀土Gd掺杂量的增加先下降后升高。当x=0时,马氏体相变起始温度(M_s)确定为286 K。当Gd含量达到0.8 at.%时,马氏体转变温度首先降低,然后合金相变温度随着稀土Gd含量的增加而升高。当Gd含量达到1.6 at.%时,合金马氏体相变起始温度高达394 K。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(13.4)Gd_(1.6)合金的马氏体转变开始温度比Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15)合金升高约108K,并且仍有增加的趋势。马氏体相变温度升高的关键原因是合金中富Gd相的形成导致基体中In含量的降低。不同的稀土掺杂量对Ni-Mn-In系列合金的马氏体类型会产生较大影响。x=0,0.8时,合金为10M和奥氏体两相共存;当稀土含量大于等于1at%时,合金均被标定为单斜结构的14M马氏体相。在Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14.2)Gd_(0.8)和Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14)Gd_1合金中观察到磁场诱发马氏体逆相变的现象。由压缩试验结果可知,掺杂适量的稀土元素Gd可以明显改善Ni-Co-Mn-In合金的力学性能。随着稀土Gd掺杂量的增加,当Gd含量为0.8 at.%时,合金压缩断裂应变值在达到最高,此时压缩断裂强度也达到最大值。但是继续掺杂稀土Gd则会降低合金应变和抗压强度。当稀土Gd掺杂量超过1.2 at.%,合金的压缩应变和抗压强度随着Gd含量的增加而显著下降。掺杂稀土Gd可导致合金细晶强化,这就是Ni-Co-Mn-In合金强度增大的主要原因。从实验中可知,掺杂过量的Gd会导致应变降低,其主要原因在于过多的析出富稀土相导致稀土相局部的过度密集而使合金力学性能降低。磁性能测试表明,合金磁熵变值随磁场增大而不断提高。在5 T磁场下,Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x(x=0.8,1)合金的磁熵变达到最大。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14)Gd_1合金在328 K处最高磁熵变为27 J/Kg K,其制冷量RC值可以达到255 J Kg~(-1)。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14.2)Gd_(0.8)合金在277 K温度下,5 T磁场下最大磁熵变(ΔS_M)达到17.78J/kg K,制冷量Rc高达356 J/kg,并且该条件下合金的磁滞损耗较小。上述研究表明,NiCoMnInGd磁性多晶合金,通过采用适量的稀土Gd替代In,可获得较大的磁热效应和制冷效率,这些合金将有望成为新型的室温磁致冷材料,这对于Ni-Mn-In合金的工程实际应用具有重要的指导意义。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.6
【图文】：

单程形状记忆效应Fig.1-1Onewayshapememoryeffect

在高温条件下加热，合金恢复到高温相形状，再降低温度，合金恢复到低温相形状，这种合金被称为双程记忆效应合金，如图1-2是双程形状记忆的过程。合金内部有内应力或者位错等一些永久性缺陷，因此在形成马氏体的过程中，马氏体已经有了某种特定取向，即在降温时马氏体取向已形成，升温后又形成母相状态[64]。图 1-2 双程形状记忆效应Fig. 1-2 Two-way shape memory effect完全形状记忆效应：材料在加热时恢复到高温相，冷却后形成与高温相形状一致的低温相，取向却完全相反[64]。

【参考文献】

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本文编号：2720201