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Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金马氏体相变和微观组织结构研究

陈晓琴  
【摘要】: 本文采用电阻测试、金相分析、透射电子显微分析和X射线衍射等手段,研究了Ni-Mn-Ga系列合金的马氏体相变特征和微观组织结构。 Ni-Mn-Ga系列合金中的马氏体变体有交叠的现象。在降温过程中,大部分马氏体沿试样结晶方向生长,只有非常少量的马氏体垂直于晶界方向生长。 在Ni_(54.85)Mn_(20.09)Ga_(25.05)、Ni_(54.48)Mn_(21.69)Ga_(23.83)、Ni_(45.03)Mn_(32.8)Ga_(22.17)、Ni_(54.9)Mn_(19.6)Ga_(25)C_(0.5)和Ni_(55.4)Mn_(20.3)Ga_(22.9)C_(1.4)合金中,发现了两次马氏体相变。NiMn(GaSi)、NiMn(GaGe)和NiMn(GaCo)合金在测量温度范围内只发生一次马氏体相变,合金元素Si和Ge的加入,降低了第一次马氏体相变温度,抑制了第二次马氏体相变;对于含Co系列合金,当Co替代Mn时,随着Co含量的降低,合金马氏体相变的温度变化不大,当Co替代Ga时,随着Co含量的增加,马氏体相变温度升高,热滞后增大。 Ni-Mn-Ga合金X射线衍射的结果表明,母相L2_1结构的衍射谱符合面心立方结构的衍射谱。合金马氏体相变产物共有三种结构:Ni_(56.3)Mn_(19.4)Ga_(22.7)C_(1.6),Ni_(48.19)Mn_(27.1)Ga_(21.52)Co_(3.19),Ni_(47.99)Mn_(27.43)Ga_(20.32)Co_(4.26)合金的马氏体为非调制结构;Ni_(54.48)Mn_(21.69)Ga_(23.83)合金的马氏体为五层调制结构;Ni_(54.85_Mn_(20.09)Ga_(25.05)合金的第一次马氏体相变产物为七层调制结构,第二次马氏体相变产物为五层调制结构。 透射电子显微分析的结果表明,Ni_(54.48)Mn_(21.69)Ga_(23.83)合金的马氏体为五层调制结构,Ni_(56.3)Mn_(19.4)Ga_(22.7)C_(1.6)合金的马氏体为非调制结构,与X射线衍射的结果一致。在分析电子衍射花样时,对母相L2_1结构做面心立方处理,对五层调制马氏体的结构做底心单斜处理,初步探索了Ni_(54.48)Mn_(21.69)Ga_(23.83)合金马氏体相变的取向关系。 结合已发表文献,详细分析了合金元素对Ni-Mn-Ga合金马氏体相变温度的影响,通过多元线性回归拟合,得到如下关系式:M_S=1858-17.23X_(Mn)-49.02X_(Ga)-61.92X_(Si)-65.43X_(Ge)+1.24X_(Co)-51.6X_C-58.92X_(In) 大连铁道学院工学硕士论文 ,其中X、。、X。“、Xs‘、X。。、Xco、X。和X。分别表示Mn、Ga、51、 G。、C。、C和In的原子百分比。确认电子浓度和点阵常数均影响马氏 体相变温度。根据金属电子论,进一步提出电子密度(单位体积的价电 子数)可能是合金成分影响马氏体相变温度更确切的途径。随着电子密 度的增加,马氏体相变温度升高。 结合合金的具体情况,将马氏体相变的表象理论运用于Ni一Mn一Ga “金,得出了一系歹」理论上的市目变晶体学数“:在{“O}(“O)切 变系中,只“采用(“O!“。]切变方式,才育旨使得表象理论的计 算自洽;合金的成分不同,计算出的惯习面等晶体学参数也不同,说明 马氏体相变晶体学与合金成分有关。


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