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NiMnGa合金的物性和孪晶界移动的能耗

作　者: 武亮
导　师: 崔玉亭
学　校: 重庆师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 铁磁形状记忆合金马氏体相变孪晶界移动磁感生应变能量损耗
分类号: TG139.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 35次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

铁磁形状记忆合金是一类新型智能材料,除具有传统形状记忆合金大应变、高推动力的特点外,还具有磁致伸缩材料和压电陶瓷材料的响应速度快和高效率的优点,是智能材料领域的研究热点之一。作为铁磁形状记忆合金典型材料的NiMnGa,不仅展现出了完全的双向形状记忆效应和大的磁感生应变,而且其马氏体相变表现出多样性的特点。由于其磁感生应变的机制就在于磁场诱发孪晶变体的再取向,且最大值都是在马氏体刚刚结束的温度获得,因此研究孪晶界移动可从另一方面揭示其相变机制。在某些成分的合金中,该材料不仅可以发生磁转变、马氏体相变,而且还可以发生中间马氏体相变或预马氏体相变；调整材料的组分,可使材料的马氏体相变和磁转变同时发生。材料展示出的独特而丰富的物性,具有较大的研究意义,其展现的驱动和传感等应用功能,预示材料在工业各领域有较好的应用前景。本论文采用提拉法制备不同组分的单晶,采用两步热处理工艺对样品进行退火处理,通过多种测量手段,如应变测量、电阻测量、交流磁化率测量、差分量热扫描分析等,系统研究了一些成分的NiMnGa单晶及Fe掺杂的NiMnGa单晶的相关物性。对提拉法生长的Ni46Mn35Ga19单晶的磁转变和马氏体相变同时发生的转变行为进行了系统表征,分析了这种同时发生的转变行为的内在机制及转变特点。在该合金中同时获得了应变量分别达-0.89%和-1.90%的自发的和磁增强的双向形状记忆效应。根据合金形状记忆的特点和马氏体变体择优取向的机理,对实验结果进行了分析和讨论。对Ni52Mn24.5Ga23.5和Fe掺杂的Ni52Mn16.4Fe8Ga23.6单晶样品,测量了不同温度下的磁感生应变,利用实验结果分析讨论了两种合金磁感生应变的温度稳定性。发现两种材料都具有较大的自发相变应变量和磁感生应变量。NiMnGa单晶的磁感生应变温度依赖性强,而Fe掺杂的NiMnGa单晶的磁感生应变具有较好的温度稳定性。根据合金的内禀机制,分析了NiMnGa合金磁感生应变温度依赖性的原因。利用热动力学原理,计算了磁感生应变加载和卸载磁场一个循环过程中马氏体孪晶界移动的能量损耗,给出了能量损耗随温度变化的关系,结果表明磁感生应变量可定性反映一个循环过程中孪晶界移动的能量损耗。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 引言  9-22
  1.1 形状记忆合金材料  9-10
  1.2 铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga的研究现状  10-20
    1.2.1 铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga的发展概况  10-12
    1.2.2 Ni-Mn-Ga合金的磁性起源和晶体结构  12-14
    1.2.3 Ni-Mn-Ga合金的理论模型  14-17
    1.2.4 Ni-Mn-Ga合金的磁感生应变和孪晶界移动  17-18
    1.2.5 Ni-Mn-Ga合金的磁熵变特性及其物理性质  18-20
  1.3 本文研究的目的、意义及内容  20-22
2 实验方法  22-29
  2.1 单晶样品的制备方法  22-24
  2.2 测试设备和测量方法  24-29
    2.2.1 振动样品磁强计  24
    2.2.2 磁天平  24-25
    2.2.3 交流磁化率测试系统  25
    2.2.4 应变的测量  25
    2.2.5 磁测量  25-26
    2.2.6 磁晶各向异性常数的确定  26-29
3 NiMnGa单晶马氏体相变的物理表征及形状记忆效应  29-38
  3.1 引言  29-30
  3.2 实验  30
  3.3 结果和讨论  30-37
    3.3.1 磁转变和马氏体相变  30-34
    3.3.2 相变应变  34-37
  3.4 本章小结  37-38
4 NiMnGa单晶磁感生应变的温度依赖性和孪晶界移动的能耗  38-47
  4.1 引言  38
  4.2 实验方法  38-39
  4.3 结果与讨论  39-46
    4.3.1 相变应变  39-42
    4.3.2 磁感生应变的温度依赖性  42-44
    4.3.3 孪晶界移动的能量损耗  44-46
  4.4 本章小结  46-47
5 结论与展望  47-49
  5.1 对研究工作的总结  47
  5.2 对研究工作的展望  47-49
参考文献  49-55
附录:攻读硕士学位期间发表的论文  55-56
致谢  56-57

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