多晶Y Mn基反鐵磁合金的溫控和磁控形狀記憶效應(yīng)的研究.pdf

1、本文以多晶γMn基反鐵磁合金為研究對(duì)象,用電阻法、差熱分析(DSC)和動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析儀(DMA)研究了γ Mn-Fe(Cu)合金和γMn-Ni合金的反鐵磁轉(zhuǎn)變和FCC-FCT馬氏體相變；用X-射線衍射分析儀(XRD)分析合金的相組成和結(jié)構(gòu):用透射電子顯微鏡(TEM)、原位溫臺(tái)TEM和DMA觀察了合金的FCT孿晶組織和孿晶界的運(yùn)動(dòng)情況；通過熱膨脹法測(cè)量了高錳的Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金的形狀記憶效應(yīng)和雙程形狀記憶效應(yīng):在低磁場(chǎng)和

2、強(qiáng)磁場(chǎng)下,測(cè)量了各個(gè)合金的磁誘發(fā)應(yīng)變,分析了它們磁控形狀記憶效應(yīng)機(jī)理。研究結(jié)果表明:
　　 1、高錳的Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金為窄滯后的熱彈性馬氏體合金,具有形狀記憶效應(yīng)和雙程形狀記憶效應(yīng)。形狀記憶效應(yīng)隨著預(yù)變形量的增加,可逆應(yīng)變?chǔ)舝ev先增后減,當(dāng)預(yù)變形量為-1.6％時(shí)達(dá)到最大,εrev為0.85％。50周的熱循環(huán)使合金的雙程形狀記憶效應(yīng)具有無(wú)滯后的特點(diǎn)。根據(jù)Makhurane提出應(yīng)變相關(guān)的交換模型分析了合金反鐵磁

3、轉(zhuǎn)變產(chǎn)生晶格畸變的物理本質(zhì),計(jì)算了合金反鐵磁轉(zhuǎn)變時(shí)的模量軟化；并從熱力學(xué)角度,說(shuō)明了合金具有窄滯后、無(wú)滯后形狀記憶效應(yīng)和雙程形狀記憶效應(yīng)的反鐵磁轉(zhuǎn)變和FCC→FCT馬氏體相變的相變耦合機(jī)制。
　　 2、對(duì)γ Mn-Fe(Cu)合金及γ Mn-Ni合金的磁控形狀記憶效應(yīng)(磁致伸縮和磁形狀記憶效應(yīng))的研究結(jié)果如下:
　　 A、對(duì)Mn含量分別為45.91at.％、54.32 at.％和72.86 at.％中錳的γMn-Fe(C

4、u)合金的磁致伸縮實(shí)驗(yàn)與分析表明:三種合金在室溫下均為反鐵磁奧氏體組織。在1.0 T的磁場(chǎng)范圍內(nèi),對(duì)合金施加-40 ppm、-80 ppm、-120 ppm和-200 ppm的預(yù)壓應(yīng)變后,三個(gè)合金的磁誘發(fā)應(yīng)變曲線都有明顯的不同程度的預(yù)壓力效應(yīng)；在預(yù)壓力效應(yīng)下的磁誘發(fā)應(yīng)變量,相當(dāng)于鐵磁性取向多晶磁致伸縮Fe-Ga合金的磁致伸縮量。在10.0 T的強(qiáng)磁場(chǎng)、無(wú)預(yù)應(yīng)變下,雖然三種成分的合金的磁誘發(fā)應(yīng)變各不相同,但是它們平行于磁場(chǎng)的磁誘發(fā)應(yīng)變都為

5、正值,45.91 at.％的Mn含量的合金的磁誘發(fā)量最大。造成三種合金的磁誘發(fā)應(yīng)變性能不同的因?yàn)榭梢詺w結(jié)于以下三個(gè)方面:反鐵磁的磁結(jié)構(gòu)、晶體取向和鐵磁性亞晶格上的磁矩的不同。用Kalita反鐵磁磁致伸縮的表象理論,可以定性解釋中錳的γ Mn-Fe(Cu)合金的磁致伸縮性能。
　　 B、高錳的Mn85.5Fe9.5Cu5.0反鐵磁馬氏體合金具有磁形狀記憶效應(yīng),其在低磁場(chǎng)、預(yù)應(yīng)變(力)下和強(qiáng)磁場(chǎng)、無(wú)預(yù)應(yīng)變(力)下,都具有最好的磁誘發(fā)

6、應(yīng)變性能。在強(qiáng)磁場(chǎng)下,其平行于磁場(chǎng)的磁誘發(fā)應(yīng)變可達(dá)1.6％。熱機(jī)械處理和定向凝固可以使合金(200)擇優(yōu)取向,可提高合金的磁誘發(fā)應(yīng)變性能。確立了Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金的馬氏體相孿晶和反鐵磁磁疇的對(duì)應(yīng)關(guān)系,指出了反鐵磁磁形狀記憶效應(yīng)的特點(diǎn),即具有磁誘發(fā)應(yīng)變的啟動(dòng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)門檻值),通過熱力學(xué)計(jì)算獲得了磁場(chǎng)門檻值的理論計(jì)算公式,為Hth=±[2K/x()-x()]1/2;測(cè)量了Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金磁誘發(fā)應(yīng)變的磁