论文摘要
本文采用光学显微观察、透射电子显微观察、示差扫描热分析、X射线衍射分析、压缩试验、交流磁化率测试和磁感生应变测试等手段,系统研究了Ni54.75Mn20.25-xFexGa25和Ni54.75Mn13.25Fe7Ga25-xCox合金的组织结构、马氏体相变、力学行为和磁感生应变,阐明了Fe、Co掺杂对马氏体相变温度和力学性能的影响规律及微观机制。采用磁控溅射方法制备了Ni-Mn-Fe-Ga合金薄膜,研究了薄膜表面特性、微观组织结构及马氏体相变行为。研究发现,Fe含量对Ni54.75Mn20.25-xFexGa25 （x=0, 1, 3, 5, 7）合金相变温度和马氏体类型有显著影响。随Fe含量增加,马氏体相变温度降低,居里温度先降低而后升高。当Fe含量少于5 at.%时,马氏体为T型正方结构,当Fe含量达7 at.%时,马氏体为7M型正交结构。Fe含量从0 at.%增至7 at.%时,压缩断裂强度由467MPa增至580MPa,断裂应变由5.2%增至8.7%。断裂方式由沿晶型逐渐转变为沿晶与穿晶解理混合型。试验结果表明,Ni54.75Mn13.25Fe7Ga25-xCox （x=0, 0.5, 1, 1.5, 2, 4, 6, 8）合金的显微组织和相组成随Co元素掺入量的增加而发生改变。当Co含量低于2 at.%时,室温下为单相马氏体,当Co含量超过2 at.%时,合金中出现面心立方γ相,Co含量增大,γ相数量增多。Co含量对合金的马氏体相变温度和马氏体结构类型有较大影响。随Co含量增加,马氏体相变温度先升高而后趋于不变,居里温度先略有升高而后下降,Co含量为1.5 at.%时达到最高值。未掺Co时,马氏体为7M型正交结构,掺Co后,马氏体为T型正方结构。Co含量增大,合金的压缩断裂强度和断裂应变显著增大,当Co含量为6 at.%时,断裂强度达2098MPa,断裂应变达38.3%,断裂方式转变为解理型。γ相的增多和断裂方式的改变是塑性提高的主要原因。磁控溅射工艺对Ni-Mn-Fe-Ga合金薄膜的成份和表面特性有显著影响。在245405W范围内,溅射功率增大,薄膜中Ni含量减少,Mn和Fe的含量增大,Ga含量无明显变化。薄膜表面粗糙度和平均颗粒尺寸随溅射功率和Ar气分压升高而增大。沉积态Ni54.75Mn13.25Fe7Ga25合金薄膜部分晶化,经973K,10分钟退火后,完全晶化并出现少量γ相,晶粒尺寸约为500nm,比相同成份块体材料的晶粒尺寸小近2个数量级。薄膜冷却时发生L21→7M马氏体相变。