CO-NI-Al基磁控形狀記憶合金的微觀組織、力學及磁性研究.pdf

1、Co-Ni-Al系列合金作為一種新型磁控形狀記憶合金，它不僅具有磁控形狀記憶合金的高響應頻率和大磁致應變等特點，還具有傳統(tǒng)磁控形狀記憶合金Ni2MnGa所缺乏的良好力學性能和可加工性等優(yōu)點。目前，Co-Ni-Al系列磁控形狀記憶合金所能獲得的磁致應變還比較小，多晶Co-Ni-Al合金在外磁場作用下只能獲130 ppm左右的磁致應變，對其工業(yè)應用有著嚴重的制約。因此，如何提高Co-Ni-Al的磁控形狀記憶效應成為廣大材料工作者的研究重點。

2、從磁控形狀記憶效應的解析模型來看，提高Co-Ni-Al合金的磁致應變可以通過提高合金的磁晶各向異性和飽和磁化強度，同時降低相變臨界應力和馬氏體再取向應力來實現(xiàn)。目前最主要也是最直接的方法就是通過合金化來提高合金的磁晶各向異性和飽和磁化強度，通過相變的控制和相分布來降低相變臨界力和馬氏體再取向應力。
　　本文運用金相分析(OM)、X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、X-射線能譜(EDX)、透射電鏡(TEM)、震動樣品磁強計(

3、VSM)和電子萬能試驗機等多種現(xiàn)代分析和測試手段，系統(tǒng)地研究了鐵磁性元素Fe、Gd、Dy和Er摻雜對Co-Ni-Al基合金的顯微組織、馬氏體相變、磁性能以及力學性能影響規(guī)律。同時，分析了鐵磁性元素合金化對Co-Ni-Al合金的磁晶各向異性和飽和磁化強度強化機制。
　　研究發(fā)現(xiàn)，隨著鐵磁性元素Fe、Gd、Dy和Er的摻雜取代Co-Ni-Al合金中的Al元素，合金的顯微組織由原來雙相結(jié)構(gòu)（即基體相β相與處于晶界處的γ相）逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?/p>

4、+γ相+馬氏體的三相結(jié)構(gòu)，最后再轉(zhuǎn)變?yōu)棣孟?馬氏體的新雙相結(jié)構(gòu)。處于晶界處的γ相隨著摻雜元素含量的增多開始沿著晶界變得粗大起來，而晶內(nèi)少量彌散狀的γ相則逐漸消失。當Dy和Er的摻雜量超過0.5 at.％時，在粗大的γ相中分別形成塊狀的金屬間化合物Co5Dy和Co2Er，并且隨著Dy和Er的摻雜量的進一步上升，γ相中沉積的金屬間化合物數(shù)量持續(xù)增多。
　　鐵磁性元素Fe、Gd、Dy和Er取代Co-Ni-Al中的Al元素后可以明顯提高合

5、金的核外價電子濃度，從而促使馬氏體相變溫度上升。并且在摻雜的過程中，摻雜量越大，合金核外價電子濃度就越高，合金的馬氏體相變溫度相應地逐漸上升，最終超過室溫，在合金中獲得室溫馬氏體組織。此外，合金中馬氏體界面呈矛頭狀自協(xié)作結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部是由高密度位錯的亞結(jié)構(gòu)形成，在相變界面遷移的過程中始終沿著馬氏體簇孿晶界移動，形成板條狀孿晶馬氏體。
　　對材料磁性能研究表明，鐵磁性元素Fe、Gd、Dy和Er在0～1.0 at.％范圍內(nèi)摻雜時，合金的

6、飽和磁化強度隨著摻雜量的增加逐漸上升。當摻雜量超過1.0at.％時，F(xiàn)e的繼續(xù)摻雜使合金飽和磁化強度繼續(xù)上漲，而Gd、Dy和Er的繼續(xù)摻雜則使合金飽和磁化強度逐漸下降。在摻雜的過程中，合金也隨著摻雜量的增加變得難以磁化。同時，隨著元素摻雜量的上升，合金的磁晶各向異性常數(shù)也隨之持續(xù)增長，使合金的磁各向異性能得到提高。
　　力學性能研究表明，在鐵磁性元素Fe、Gd、Dy和Er摻雜時，合金的硬度隨摻雜量的增加呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，但隨著

7、摻雜量的繼續(xù)上升，合金的硬度下降趨勢有所緩和。當鐵磁性元素的摻雜量達到并超過0.5 at.％時，F(xiàn)e和Gd的繼續(xù)添加使合金的硬度保持下降趨勢，但逐漸趨于平緩;而Dy和Er的繼續(xù)添加使合金的硬度逐漸上升。此外，鐵磁性元素摻雜后， Co-Ni-Al合金的壓縮斷裂強度和壓縮應變均隨著摻雜量的增加持續(xù)上升。但是在摻雜Dy和Er的量超過0.5 at.％的合金中，合金的壓縮斷裂強度和應變均隨著Dy和Er的摻雜量上升開始有所降低。
　　合金形狀

8、記憶回復率及磁致應變研究結(jié)果表明，鐵磁性元素Fe和Gd的摻雜能有效提高Co-Ni-Al合金的記憶回復率，其回復率隨著摻雜量的增加持續(xù)上升。元素Dy和Er的摻雜則使Co-Ni-Al合金的記憶回復率隨著摻雜量的增加先上升后下降，與此同時，在壓縮量較小或多次熱機械循環(huán)后，Co-Ni-Al合金均表現(xiàn)出較高的記憶回復率。鐵磁性元素的摻雜能夠使Co-Ni-Al合金的磁致應變得到明顯的增加。當摻雜量低于0.5 at.％時，合金的磁致應變隨著鐵磁性元素