铁磁形状记忆合金Ni51Mn27Ga22和Ni45Co5Mn36.6In13.4及其复合材料组织和性能的研究

论文摘要

铁磁形状记忆合金NiMnGa和NiMnIn由于大的磁致应变引起了人们的极大关注,然而合金的多晶脆性制约了实际应用。单晶具有相对较好的延展性,但单晶的成本较高且不易成型。此外,多晶中一些不相容的晶界阻碍磁场诱发大应变,为克服这些缺点,研究形状记忆合金—高分子复合材料变得有意义。本文中选用两种不同磁场驱动机制的合金Ni51Mn27Ga22和Ni45Co5Mn36.6In13.4合金为基础,利用高能球磨制备一定粒度的合金粉末,并将该粉末与环氧树脂复合,成功制备了环氧树脂基复合材料。整个实验过程中,通过金相,差示扫描量热计法(DSC),X射线衍射(XRD)研究了两种合金处于不同状态时的相变和结构特点；通过压缩应力—应变实验,振动样品磁强计研究了复合材料中压力诱发马氏体变体重取向和压力诱发马氏体相变的行为；本课题还通过实验证实了复合材料中的磁场诱发应变能力。研究结果表明：Ni51Mn27Ga22合金在室温下是体心四方非调制马氏体结构,高能球磨20分钟后,应力诱发使合金粉末中的马氏体由非调制转变为调制马氏体结构；Ni45CO5Mn36.6In13.4合金在室温下是七层调制马氏体和母相共存的结构,经过高能球磨后,马氏体相变点有所降低,球磨后的合金粉末转变成母相结构；将球磨制备的合金粉末通过与环氧树脂复合成功的制备了Ni51Mn27Ga22—环氧树脂复合材料和Ni45Co5Mn36.6In134—环氧树脂复合材料,与原始合金相比,复合材料的塑形得到了很大的改善；Ni51Mn27Ga22—环氧树脂复合材料室温为调制马氏体结构,通过压缩应力—应变曲线以及压缩前后磁化强度曲线比较,证实了该复合材料中压力可诱发马氏体变体重取向;Ni45Co5Mn36.6In13.4—环氧树脂复合材料室温是母相结构,通过压缩前后的磁化强度曲线比较,证实了该复合材料中压力可诱发母相—马氏体相变；压缩卸载后,Ni51Mn27Ga22—环氧树脂复合材料留下了3%的应变,施加磁场,应变可回复2%,这个磁场诱发应变回复是通过磁场诱发马氏体变体重取向引起的,与其对应的Ni51Mn27Ga22原始合金相比,磁场诱发应变值得到了很大的提高；压缩卸载后,Ni45Co5Mn36.6In13.4—环氧树脂复合材料留下了1.8%的应变,施加磁场,应变可回复1%,这个磁场诱发应变回复是通过磁场诱发马氏体—母相反相变引起的,与其多晶合金相比,该复合材料保留了可观的磁场诱发应变,且塑性得到了极大改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 铁磁形状记忆合金
• 1.2.1 铁磁形状记忆合金简介
• 1.2.2 Ni-Mn-Ga系列形状记忆合金研究现状
• 1.2.3 Ni-Mn-In-Co系列形状记忆合金研究现状
• 1.3 树脂基复合材料
• 1.3.1 树脂基复合材料简介
• 1.3.2 树脂基形状记忆复合材料
• 1.4 实验选题及其意义
• 第二章 实验材料和实验方法
• 2.1 实验材料的制备
• 2.1.1 原始合金的熔炼
• 2.1.2 合金粉末的制备—球磨
• 2.2 试样的检测
• 2.2.1 马氏体相变温度检测（DSC）
• 2.2.2 X射线粉末衍射（XRD）实验
• 2.2.3 磁性测量实验
• 2.2.4 力学性能检测
• 51MN₂₇GA₂₂合金及其复合材料组织结构与性能研究'>第三章 NI₅₁MN₂₇GA₂₂合金及其复合材料组织结构与性能研究
• 3.1 金相实验结果分析
• 3.2 马氏体转变温度的检测结果及分析
• 3.3 XRD结果与分析
• 3.3.1 原始合金粉末
• 3.3.2 球磨并退火后的粉末
• 3.4 磁场诱发应变回复
• 3.5 磁性测试结果及分析
• 3.6 本章小结
• 45CO₅MN_36.6IN_13.4合金及其复合材料组织结构与性能研究'>第四章 NI₄₅CO₅MN_36.6IN_13.4合金及其复合材料组织结构与性能研究
• 4.1 金相实验结果分析
• 4.2 马氏体转变温度的检测结果及分析
• 4.3 XRD结果与分析
• 4.3.1 原始合金粉末
• 4.3.2 球磨并退火后的粉末
• 4.4 磁场诱发应变回复
• 4.5 磁性测试结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 实验结论与工作展望
• 5.1 实验结论
• 5.2 工作展望与设想
• 参考文献
• 致谢