SPS燒結(jié)Ni-Mn-Ga-Fe-Ga復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、Ni-Mn-Ga磁驅(qū)動(dòng)形狀記憶合金響應(yīng)頻率高、輸出應(yīng)變大,因而倍受關(guān)注,但該合金脆性大和磁場(chǎng)門檻值高制約了其發(fā)展和應(yīng)用。論文采用放電等離子燒結(jié)(SPS)方法制備細(xì)晶Ni-Mn-Ga合金,改善塑性;引入Fe-Ga磁致伸縮粒子,利用其磁致伸縮產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力協(xié)助外磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)馬氏體孿晶界面移動(dòng),降低磁場(chǎng)門檻值。
　　本文采用SPS燒結(jié)制備了Ni-Mn-Ga合金和Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復(fù)合材料。采用掃描電鏡觀察、透射電子顯微分析、X射線衍射

2、分析、示差掃描量熱分析、室溫壓縮試驗(yàn)、物性測(cè)量及磁感生應(yīng)變測(cè)試等方法系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度、Ni-Mn-Ga粒徑和Fe-Ga含量對(duì)復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)、馬氏體相變、力學(xué)性能、磁學(xué)特性和磁感生應(yīng)變的影響規(guī)律及其機(jī)理,揭示了Fe-Ga降低磁場(chǎng)門檻值的微觀機(jī)制。
　　研究表明,燒結(jié)溫度對(duì)Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復(fù)合材料界面結(jié)合有較大影響,提高燒結(jié)溫度有利于獲得良好的界面結(jié)合。燒結(jié)溫度為700℃時(shí),Fe-Ga顆粒與Ni-Mn-Ga基體之間

3、存在裂紋,界面結(jié)合不夠完好;燒結(jié)溫度超過850℃時(shí),Fe-Ga顆粒與Ni-Mn-Ga基體結(jié)合完好;燒結(jié)溫度為900℃時(shí),Fe-Ga與Ni-Mn-Ga基體發(fā)生界面反應(yīng),在界面處觀察到含F(xiàn)e反應(yīng)物。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明,燒結(jié)溫度、Ni-Mn-Ga粒徑和Fe-Ga含量對(duì)Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復(fù)合材料基體馬氏體相變均有影響。燒結(jié)溫度升高、Ni-Mn-Ga粒徑減小或Fe-Ga含量增加,馬氏體相變溫度降低。燒結(jié)溫度低于850℃時(shí),相變類型

4、為L(zhǎng)217M相變;燒結(jié)溫度為900℃時(shí),相變類型為L(zhǎng)215M相變,變體間多呈?M[202]I型孿晶關(guān)系;Ni-Mn-Ga粒徑對(duì)馬氏體相變類型沒有影響,而Fe-Ga含量的增加卻改變了馬氏體相變類型,Fe-Ga含量小于12vol％時(shí),相變類型為L(zhǎng)217M;Fe-Ga含量高于15vol%時(shí),相變類型為L(zhǎng)215M。馬氏體相變類型的改變主要由于Fe-Ga中Fe元素?cái)U(kuò)散使Ni-Mn-Ga基體中含F(xiàn)e所致。
　　室溫壓縮實(shí)驗(yàn)表明,Fe-Ga的加

5、入顯著提高了Ni-Mn-Ga合金力學(xué)性能。Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復(fù)合材料的壓縮斷裂強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變隨Fe-Ga含量增加而增大,斷裂方式由沿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐Ш痛┚У幕旌闲蛿嗔?。燒結(jié)溫度升高或Ni-Mn-Ga粒徑減小,壓縮斷裂強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變?cè)龃?當(dāng)燒結(jié)溫度為850℃、Ni-Mn-Ga粒徑為20μm和Fe-Ga含量為15vol%時(shí),壓縮斷裂強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變分別達(dá)1970MPa和33%。
　　磁性測(cè)量發(fā)現(xiàn),SPS燒結(jié)溫度、Ni-Mn-G

6、a粒徑和Fe-Ga含量對(duì)Ni-Mn-Ga/Fe-Ga復(fù)合材料的磁感生應(yīng)變有影響。磁感生應(yīng)變隨燒結(jié)溫度升高或Fe-Ga含量增加,先增加后減小,Ni-Mn-Ga粒徑和Fe-Ga粒徑接近時(shí),磁感生應(yīng)變較大。將Fe-Ga引入Ni-Mn-Ga合金中有效降低了磁場(chǎng)門檻值,當(dāng)Fe-Ga含量為9vol%、Ni-Mn-Ga粒徑為20μm、燒結(jié)溫度為850℃時(shí),磁場(chǎng)門檻值為0.35T,與未含F(xiàn)e-Ga的SPS燒結(jié)Ni-Mn-Ga合金相比,降低了42%。磁場(chǎng)