Co基鐵磁形狀記憶合金的凝固控制和固態(tài)相變特征.pdf

1、鐵磁形狀記憶合金是近年來發(fā)展的一種集磁控形狀記憶和磁場誘發(fā)應(yīng)變于一體的新型智能材料,可用作未來傳感器和制動器的關(guān)鍵部件。Co基鐵磁形狀記憶合金包括Co-Ni-Ga和Co-Ni-Al兩類合金,具有磁晶各向異性能大和熱加工性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),逐步成為各國學(xué)者開發(fā)的重點(diǎn)材料之一。本文系統(tǒng)研究了Co-Ni-Ga和Co-Ni-Al合金在常規(guī)凝固、深過冷凝固、定向凝固、快速凝固及退火處理等多種制備條件下的馬氏體結(jié)構(gòu)和相變,第二相形態(tài)和沉淀特征,以及多相

2、合金的超彈性和壓縮斷裂力學(xué)性能,提出利用受控凝固技術(shù)控制晶體生長取向和韌性相析出行為,嘗試改善B2單相合金高脆性缺陷,并取得較好的超彈性和形狀記憶綜合性能,為實(shí)現(xiàn)這兩類Co基合金的工程化應(yīng)用打下基礎(chǔ)。研究表明,Co-Ni-Ga合金成分對鑄態(tài)組織和熱處理組織的影響非常顯著,γ相隨Ga含量升高而逐漸減少,相圖中遠(yuǎn)離Co端合金在800°C水淬或300°C時(shí)效后能夠析出有序L12結(jié)構(gòu)γ′相。受固相擴(kuò)散和基體錯(cuò)配度影響,γ′相呈現(xiàn)棒狀層片、針狀魏

3、氏體和立方塊狀三種形態(tài)。透射電鏡結(jié)合選區(qū)電子衍射研究揭示,Co45Ni25Ga30合金馬氏體為四方L10(AuCuI型)非調(diào)制結(jié)構(gòu),晶格畸變度c/a = 0.864。亞結(jié)構(gòu)是高密度微孿晶,變體間界面光滑平直,具有優(yōu)異的形狀記憶性能。磁力顯微鏡觀察,波紋疇狀馬氏體顯示室溫鐵磁態(tài)。由淬火相組織分析和能譜成分探測結(jié)果作出Co-Ni-Ga系Co = 50at%時(shí)的垂直截面示意相圖,及1150°C和800°C等溫截面示意相圖。等溫截面相圖的平衡相

4、分布和相區(qū)隨溫度變化規(guī)律類似于Ni-Al基合金相圖。利用所得相圖相界,結(jié)合等電子濃度線,給出“室溫鐵磁性單相馬氏體”成分范圍,對于該合金系成分設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。馬氏體相變行為對合金成分和處理工藝也十分敏感。固定Ni/Ga比,提高Co含量,使得相變溫度顯著降低,熱滯略有升高,但電子濃度升高,不符合相變溫度和電子濃度成近似正比依賴關(guān)系的普遍規(guī)律,初步認(rèn)為應(yīng)該從體積效應(yīng)、有序度作用和電子濃度等綜合因素考察馬氏體相變溫度變化。液態(tài)金屬熔體深