● 摘要
本文采用光学加热悬浮区熔法制备了NiMnGa单晶。利用10T强脉冲磁场进行变体处理获得了NiMnGa近单变体，利用电涡流位移传感器磁致应变测量系统研究了近单变体磁致应变的压力效应。采用Cu元素替代Ga元素的方式，初步探索了NiMnGaCu四元合金的组织结构、相变行为、力学性能及形状记忆效应。通过XRD和金相显微镜分别分析了NiMnGaCu合金的室温晶体结构和组织形貌，利用DSC研究了该合金的马氏体相变特性，通过力学实验机测量了合金的力学性能和形状记忆效应，并初步讨论了NiMnGaCu合金性能变化规律的原因。采用光学加热悬浮区熔法能有效地进行NiMnGa优质单晶的生长，本文制备出了尺寸为Ф7×38.9mm的Ni50Mn28.5Ga21.5单晶。采用10T强脉冲磁场对NiMnGa单晶进行反复磁化变体处理，可以有效实现由多变体到近单变体的转变，通过该方法获得了饱和磁致应变量（10T磁场下）达6.0%的Ni50Mn28.5Ga21.5近单变体。该近单变体磁致应变的临界磁场为249mT，其磁致应变在706mT下达到5.2%。磁致应变压力效应的测试表明，随压应力增大，磁致应变临界磁场升高，磁致应变值下降。初步研究了Ni50Mn30Ga20-xCux (x = 0.2, 0.5, 1, 1.5 ,2, 5, 10)合金，结果显示：该合金室温下为T型无调制马氏体结构，随Cu含量提高，合金四方晶胞的体积和四方度a/c减小，其马氏体相变温度升高，相变温度区间和热滞后效应增大。合金马氏体相变温度与Cu原子百分比呈线性关系，每用一个Cu原子替代一个Ga原子，分别会造成马氏体相变开始温度Ms、结束温度Mf，逆马氏体相变开始温度As、结束温度Af升高64.7℃，62.6℃，70.1℃，72.5℃。随Cu含量增加，Ni50Mn30Ga20-xCux合金的抗压强度提高，压缩应变量增大，Cu替代Ga能提高合金的强度和塑性，降低其多晶脆性。当x=5和10时，合金孪晶再取向临界应力急剧增大，推迟了孪晶再取向阶段的进行。初步研究了Ni54Mn25Ga18Cu3和Ni50Mn25Ga15Cu10合金，结果显示：两种合金的马氏体相变温度较高，属于高温形状记忆合金范畴。Ni54Mn25Ga18Cu3铸态多晶在预压应变为12%时，获得了6.6%的形状记忆回复应变，其抗压强度和压缩应变分别为983.7MPa和18.8%。Ni50Mn25Ga15Cu10铸态多晶在预压应变为18%时，获得了1.9%的形状记忆回复应变，其抗压强度和压缩应变分别大于1700MPa和24.5%，其马氏体组织中出现的第二相对合金韧性的改善有利。Ni50Mn25Ga15Cu10合金中，由于Cu含量较高，其孪晶再取向临界应力大幅升高，加上第二相对孪晶再取向及马氏体可逆相变的阻碍作用，其形状记忆效应的降低是必然的。综合NiMnGaCu合金的初步研究结果可知，在NiMnGa合金中添加Cu替代Ga，不止能降低合金的成本，还能带来强度，韧性及马氏体相变点的同时提高，使得合金在多晶状态下使用成为可能。