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1、河北工业大学 硕士学位论文 磁驱动形状记忆合金NiMnIn（Co）马氏体转变与磁性能的研究 姓名：李贝 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：林晓娉 20090201 ? i ? ? ? ? ?Ni50Mn25+xIn25-x? Ni45Co5Mn25+xIn25-x?Ni42.5Co7.5Mn25+xIn25-x? !“#$%?!“?;4?ABCD,EF GH?IJKLM?ABCNOPQRSKTUIJ?VL=?A?WXY PQ7,Z?ABC_,EFC?a IJbcde?VLD?fgO= ?ABCNOhijk PQKl?m.?fgOl nopqrsoqt uvw?_hFe9xyz|
2、 ? #?ABCNO?fgOk?ABCNO? ?S ?ABCNO?l=?$?_K?xyz? ABC?ABCK ?l ?46?41?13?_xyz_?ABC?BCK ? ?b?A?BCDBC? ?N?8?t1A?b?K?A?b? Ni50Mn25+xIn25-x?A?AKi“?A?A7 ?A? ?l?Nh?,E?K| ? #?,Ei ?K ? ?S?=?,EikPQ?,ZKl?$ _?ABCNO?,Z?i?K?lBC_?,EC ?,E?,E?ABC?,E?A?BCV?,E?A? ?,?)X?K?4?6K?ABCK9:?WK,EF ? NiMnIn?Co? ! ii MARTENSITIC AND
3、 MAGNETIC TRANSFORMATION BEHAVIORS IN NiMnIn(Co) METAMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOYS ABSTRACT Ni50Mn25+xIn25-x?Ni45Co5Mn25+xIn25-x?Ni42.5Co7.5Mn25+xIn25-x alloys were melting by vacuum arc furnace under an argon atmosphere. The martensitic and magnetic behaviors of the alloys were investigated by diffe
4、rential scanning calorimetry (DSC) , vibrating sample magnetometry (VSM), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The relationship between composition?electron concentration and the martensitic transfomation temperature were be studied. The article focused on the effect betwe
5、en the composition with the martensite morphologies and the magnetic properties durning the reverse martensitic transformation under magnetic field. The results show that: The martensite transformation temperature of NiMnIn (Co) alloys have close contact with the composition and electron concentrati
6、on of the alloys. In this paper, the designed electron concentration is from 7.90 to 8.02. In the three series NiMnIn(Co) alloys, the martensitic transformation starting temperature (Ms) decreases with increasing In composition and decreasing electron concentration. On the other hand, the addition o
7、f Co resulted in a decrease of Ms. During the cooling and heating process, the martensitic transformation and the reverse martensitic transformation can be observed. In addition, the mid-martensitic transformation was investigated in Ni46Mn41In13. The structure of NiMnIn (Co) alloys is L21body-cente
8、r cubic parent phase and the different monoclinic martensitic phase at room temperature. The microstructure of martensitic Ni50Mn25+xIn25-x alloys is full of spearhead-shaped martensite which have good co-cooperation effect. The DSC indicate that the bigger latent heat of crystallization will gain b
9、etter microstructure of martensite, which in this experiment has been verified. The addition of Co ? iii resulted in abundant form, including spearhead-shaped martensite?thin plate-shaped martensite? lentoid-shaped martensite?papilionaceous-shaped martensite and bamboo-shaped martensite. NiMnIn (Co)
10、 are ferromagnetic alloy at room temperature, the ferromagnetic decreases with the increase of In composition, but the addition of Co had little impact. The reverse martensitic transformation temperature increases inducing by magnetic field. The inverse transformation from the paramagnetic or the an
11、tiferromagnetic martensite phase to the ferromagnetic parent phase finally into paramagnetic austenite were investigated under the magnetic field. KEY WORDS: metamagnetic shape memory alloys, nimnin(co), martensitic transformation, magnetic property 河北工业大学硕士论文 1 第一章 绪论第一章 绪论 1.1 前言 1.1 前言 形状记忆合金（SMA
12、）是在外力作用下产生的形变在随后加热至逆相变温度以上时可以恢复的功能 材料1。形状记忆合金已成功地应用于工业、医疗、宇航和人们的日常生活等众多领域，并将成为智能 材料的主要组件，具有重要的应用前景2-13。但是，由于它的应变是受温度控制，加热和冷却是必要的 条件，但是在实际动作的场合，冷却往往远比加热需要更多的时间。为了尽快返回原状态，必须用空气 冷却或水冷进行强制冷却，在逆相变操作时冷却速度是一个问题，即其响应频率较慢，也意味着能量的 损失，因此严重制约了这类材料的广泛应用。压电陶瓷和磁致伸缩材料具有响应频率快的优点，但输出 应变量非常小，如使用的 PZT、PLZT 压电陶瓷在外电场作用下产
13、生的输出应变一般在 0.1%量级左右， 性能最好的巨磁致伸缩材料 TerfenolD(Tb-Dy-Fe)在易磁化方向上的输出应变也仅为 0.24%14。 1996 年以来 ,以 Ni2MnGa 合金为代表的磁控形状记忆合金(FMSMA) , 除了具有传统温控形状记 忆合金的一般特点外,还兼具压电陶瓷和磁致伸缩材料快的响应频率（1000Hz）15以及温控形状记忆 合金大应力（数百兆帕）和高可逆应变输出的优点16，有望成为未来新一代驱动器和传感器的关键材 料，在新型智能结构领域中大显身手17-21。 磁控形状记忆合金既有传统记忆合金特有的热弹性马氏体相变,也有铁磁相和顺磁相之间的居里转 变。研究表
14、明,铁磁形状记忆合金的磁致应变可以通过两种方法获得：第一、由磁场直接诱发从母相到 马氏体的相变(类似于应力诱发马氏体相变)；第二、铁磁性马氏体在磁场作用下的孪晶再取向(类似于 应力促使马氏体孪晶再取向 ,与传统的磁致伸缩机制无关)22。以 Ni2MnGa 合金为首的磁控形状记忆合 金，均是采用第二种方法产生磁致应变：由磁场诱发马氏体孪晶的再转变，从而产生形状记忆效应。而 最近报道的 NiMnIn 合金，则是直接由磁场诱发逆马氏体转变，真正意义上实现了磁场控制下的形状记 忆效应，是真正的磁控形状记忆合金。通过研究 NiMnIn 系列合金，发现这种直接由磁场诱发马氏体转 变的机制，能够产生一百多兆
15、帕的输出应力。相比之下，在 NiMnGa 合金中，由于受磁晶各向异性能的 限制， 由磁场诱发马氏体孪晶再转变的过程中产生的输出应力只有几兆帕， 在实际应用中大大受到限制。 另外 NiMnIn 合金中施加磁场能够显著改变马氏体转变温度，确保了磁场能够作为相变的驱动力。因此 无论在学术上还是在应用领域中 NiMnIn 系列合金都有重要研究价值。 而目前对 NiMnIn 合金的研究还不 太充分，需要通过更多的试验来发掘其内在的规律，具有很深刻的意义。 磁驱动形状记忆合金 NiMnIn（Co）马氏体转变与磁性能的研究 2 1.2 磁控形状记忆合金 NiMnGa 合金的发展概况 1.2 磁控形状记忆合金 NiMnGa 合金的发展概况 Ni-Mn-Ga 合金是最早发现的磁控形状记忆合金，对它的研究也最为深入和最具代表性，并且已实 现初步应用。在这里简单介绍一下 Ni2MnGa 合金的晶体结构、马氏体相变、影响合金主要物理参数的因 素等等。 1.2.1 Heusler 合金简介 1.2.1 Heusler 合金简介 Heusler 合金是 19
