题目：NiCuMnGa(Co)合金的磁场诱发相变和力学性能研究

铁磁形状记忆合金是一种新型金属功能材料，具有磁致应变、磁热、磁阻等多种功能特性，在航空航天、生物医学、精密仪器等高科技领域具有广阔应用前景。然而，高脆性一直是其瓶颈问题之一。提高铁磁形状记忆合金的韧性是该领域的研究热点。此前，人们已通过晶粒细化和析出相强化尝试提高其韧性。晶粒细化能显著提高合金的压缩韧性，但是合金仍然不能进行拉伸。引入大量析出相，在某些合金中极大提高韧性，并实现拉伸。但是，析出相抑制马氏体相变，并严重削弱记忆效应，甚至导致记忆效应完全消失。因此，如何在保证铁磁形状记忆合金功能特性的同时提高其韧性？本文在课题组前期关于NiMnGaCu合金的研究基础上，系统研究了Ni30Cu20Mn37+xGa13-x（x=0~4.5）合金的相变和力学性能，并进一步研究了Co添加对其磁性能的影响规律。揭示了Ni30Cu20Mn37+xGa13-x（x=0~4.5）合金的相结构、马氏体相变和磁性转变温度与成分的相关性，获得了从铁磁奥氏体到反铁磁马氏体的热磁耦合相变。随Mn含量增加，合金的室温相组成由单相奥氏体演变为由奥氏体和马氏体共存的双相组织，进而转变为在马氏体中析出少量第二相的双相组织。其中，奥氏体为体心立方结构，马氏体为体心正交结构。析出相主要以连续片状形态均匀分布于晶界。晶粒内部几乎没有析出相存在。马氏体相变温度随Mn含量增加而线性升高，马氏体相变开始温度的平均增加值为42.5 K；奥氏体居里温度则逐渐降低，平均变化值为6.1K。奥氏体相呈现出典型的铁磁性特征，而马氏体相呈现出反铁磁性特征。在所研究的合金中均获得了从反铁磁马氏体到铁磁奥氏体的热磁耦合相变。明确了Ni30Cu20Mn37+xGa13-x（x=0~4.5）多晶合金力学性能与相结构的关联性，获得了兼具热磁耦合相变和形状记忆效应的高韧性双相合金。x=0~3的单相合金压缩强度随Mn含量变化逐渐降低，断裂应变则逐渐增加。但是均只能进行压缩，而不能拉伸，仍然存在明显脆性。x=4.5的双相合金压缩变形至70%，压缩强度高达1280MPa仍未断裂，呈现出高韧性。对高韧性多晶合金进行10%和20%预变形后，分别获得了1.6%和1.8%的形状记忆效应。分析表明，高韧性双相合金的析出相Cu含量高，硬度低，而马氏体相Cu含量低，硬度高。我们认为，析出相以均匀连续的片状形态（而非断续颗粒状）分布在晶界上，提高了晶界结合强度，从而能够进行拉伸。原位拉伸扫描电镜研究表明，在拉伸过程中，双相合金仍然在缺失析出相的晶界处形成裂纹，并进一步扩展至析出相与基体的结合处。这进一步表明析出相对提高合金韧性的重要作用。具有磁场诱发相变特征的NiMn基合金均为富Mn合金，过量的Mn原子导致最近邻Mn-Mn反铁磁性交换作用增强，从而严重降低合金磁性。本文以Ni30Cu20Mn37.5Ga12.5合金为对象，确定了铁磁性Co原子取代Ni原子对其奥氏体相磁性能的影响规律。在铸态合金中，随Co含量增加，奥氏体铁磁性先增强，后减弱。相结构分析表明，当Co含量大于10%时，出现析出相，从而削弱了合金磁性。我们进而采用快速凝固，有效抑制了第二相的析出，获得了单相奥氏体组织。发现Co含量大于10%的奥氏体相磁性随Co含量增加而增强。我们分析认为，Co-Mn之间的铁磁性耦合取代了之前Mn-Mn之间的反铁磁耦合，占据了主导地位，所以合金的饱和磁矩随Co的含量增加线性增大。