Co基铁磁形状记忆合金的凝固控制和固态相变特征

论文摘要

铁磁形状记忆合金是近年来发展的一种集磁控形状记忆和磁场诱发应变于一体的新型智能材料,可用作未来传感器和制动器的关键部件。Co基铁磁形状记忆合金包括Co-Ni-Ga和Co-Ni-Al两类合金,具有磁晶各向异性能大和热加工性能优异等优点,逐步成为各国学者开发的重点材料之一。本文系统研究了Co-Ni-Ga和Co-Ni-Al合金在常规凝固、深过冷凝固、定向凝固、快速凝固及退火处理等多种制备条件下的马氏体结构和相变,第二相形态和沉淀特征,以及多相合金的超弹性和压缩断裂力学性能,提出利用受控凝固技术控制晶体生长取向和韧性相析出行为,尝试改善B2单相合金高脆性缺陷,并取得较好的超弹性和形状记忆综合性能,为实现这两类Co基合金的工程化应用打下基础。研究表明,Co-Ni-Ga合金成分对铸态组织和热处理组织的影响非常显著,γ相随Ga含量升高而逐渐减少,相图中远离Co端合金在800°C水淬或300°C时效后能够析出有序L12结构γ′相。受固相扩散和基体错配度影响,γ′相呈现棒状层片、针状魏氏体和立方块状三种形态。透射电镜结合选区电子衍射研究揭示,Co45Ni25Ga30合金马氏体为四方L10（AuCuI型）非调制结构,晶格畸变度c/a = 0.864。亚结构是高密度微孪晶,变体间界面光滑平直,具有优异的形状记忆性能。磁力显微镜观察,波纹畴状马氏体显示室温铁磁态。由淬火相组织分析和能谱成分探测结果作出Co-Ni-Ga系Co = 50at%时的垂直截面示意相图,及1150°C和800°C等温截面示意相图。等温截面相图的平衡相分布和相区随温度变化规律类似于Ni-Al基合金相图。利用所得相图相界,结合等电子浓度线,给出“室温铁磁性单相马氏体”成分范围,对于该合金系成分设计有一定的指导意义。马氏体相变行为对合金成分和处理工艺也十分敏感。固定Ni/Ga比,提高Co含量,使得相变温度显著降低,热滞略有升高,但电子浓度升高,不符合相变温度和电子浓度成近似正比依赖关系的普遍规律,初步认为应该从体积效应、有序度作用和电子浓度等综合因素考察马氏体相变温度变化。液态金属熔体深过冷处理和固相热处理对马氏体相变温度起相反作用,前者在大过冷下再辉时引入巨大内应力,破

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 Co-Ni-（Ga, Al）的研究概况
• 1.2.1 Co-Ni-（Ga, Al）的相组成和晶体结构
• 1.2.2 Co-Ni-（Ga, Al）的马氏体相变和铁磁转变特征
• 1.2.3 Co-Ni-（Ga, Al）的磁化性质和磁畴结构
• 1.2.4 Co-Ni-（Ga, Al）中的应力诱发相变和超弹性
• 1.2.5 磁控应变和磁场增强相变应变机理
• 1.2.6 凝固技术在铁磁形状记忆合金制备中的应用
• 1.3 选题意义和内容安排
• 参考文献
• 第二章 研究方法
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 多晶样品制备
• 2.1.2 取向晶体制备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 组织观察
• 2.2.2 相结构和成分分析
• 2.2.3 相变温度测定
• 2.2.4 磁性能测量
• 2.2.5 力学性能测量
• 2.2.6 其它实验方法
• 第三章 Co-Ni-Ga 合金平衡相组成和相结构
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 微观组织和相结构
• 3.3.1 铸态组织
• 3.3.2 800℃ 退火组织
• 3.3.3 300℃ 时效组织
• 3.3.4 马氏体形态和结构
• 3.4 组织演化机理和优化成分范围
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 Co-Ni-Ga 合金马氏体相变行为
• 4.1 引言
• 4.2 样品制备和处理
• 4.3 Co 含量对马氏体相变和磁化性质的影响
• 4.4 深过冷马氏体稳定化
• 4.5 退火对马氏体相变的影响
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 双相Co-Ni-Ga-X 合金力学行为
• 5.1 引言
• 5.2 掺杂元素的选取
• 5.3 Co-Ni-Ga-（Fe,Al）的凝固组织和结构
• 5.4 Co-Ni-Ga-（Fe,Al）的应力应变行为
• 5.4.1 室温弹性行为和形状记忆效应
• 5.4.2 高温弹性行为
• 5.4.3 强韧性和断口分析
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 Co-Ni-Al 定向凝固
• 6.1 引言
• 6.2 成分选取和样品制备
• 6.3 定向凝固速率对Co-Ni-Al 组织的影响
• 6.4 定向凝固速率对Co-Ni-Al 晶体取向的影响
• 6.5 Co-Ni-Al 定向合金的退火组织和磁致应变
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 第七章 Co-Ni-Al 快速凝固
• 7.1 引言
• 7.2 样品制备
• 7.3 Co-Ni-Al 的规则共晶组织
• 7.4 急冷Co-Ni-Al 的凝固组织
• 7.4.1 β相粒化机制
• 7.4.2 β+ γ离异共晶
• 7.5 急冷Co-Ni-Al 的力学行为
• 7.5.1 伪弹性
• 7.5.2 形状记忆效应
• 7.5.3 强韧性
• 7.6 本章小结
• 参考文献
• 第八章 结论和创新点
• 结论
• 创新点
• 致谢
• 发表论文
• 获奖情况