定向凝固与预压力对NiMnGaSi合金磁致应变性能的影响.doc

定向凝固与预压力对NiMnGaSi合金磁致应变性能的影响
物理与电子工程学院物理学专业万敏钰

摘要：采用真空电弧熔炼和定向凝固方法制备了Ni50.5Mn27.1Ga22.1Si0.3多晶合金样品。重点研究了定向凝固和预加压应力对合金样品磁致应变的影响。实验发现：定向凝固能显著提高合金样品的磁致应变值，定向凝固速率对样品磁致应变性能有影响，拉伸速率为2mm/min的样品比1mm/min的样品表现出更强的磁感生应变。一定的预加压力，能明显提高合金样品的饱和磁致应变值，这时样品的磁致应变随磁场的增大呈现出先增大后减少再迅速增大再缓慢增大的三段式变化特征。样品的饱和磁致应变随着预压力加大先增大后减少再反向增大。
关键词：NiMnGaSi合金；定向凝固；马氏体相变；磁致应变；预压力
Abstract:ThepolycrystallineNi50.6Mn27.2Ga22.2Si0.3alloyswaspreparedbyvacuumarcmeltingandthetechniqueofdirectionalsolidification.Investigationspriorityweremadeontheinfluenceofdirectionalsolidificationandpre-pressureonmagneticfield-induced-strainsofthealloys.Theexperimentialresultsshow:magneticfield-induced-strainsofthealloyscansignificantlybeimprovedbydirectionalsolidification,magneticfield-induced-strainsofthealloyscanbeinfluencebydirectionalsolidificationrate,thestretchspeedofthe2mm/minsampledisplaysstrongermagnetisminducedstraincomparedtothe1mm/minsample.Someofpre-pressure,cansignificantlyimprovesaturatedmagneticfield-induced-strainsofthealloys,magneticfield-induced-strainsofthesampleswiththeappliedmagnetic-fieldincreasesrenderouttothreecharacteristicsinchange,firstlyincreasesandthendecreasesandthenincreasesrapidlyandthenslowlyincreasing.Saturatedmagneticfield-induced-strainsofthealloyswiththepre-pressureincreasesandthendecreasesbeforeincreasingagainreverseincreases.
Keywords:Ni-Mn-Ga-SiAlloy;DirectionalSolidification;MartensiticTransformation;Magneticfield-induced-strains;Pre-pressure

1.引言
随着现代高新技术的发展，智能材料已成为材料科学领域的一个重要分支，开发具有大应变、高驱动力和快速响应的新型智能化驱动材料已成为材料科学领域的重要研究方向。形状记忆合金是一种具有驱动能力的新型热敏功能材料，在一定条件下可发生形状恢复，产生宏观应变和恢复力。早在1951年就报道了Au-47.5%Cd合金的形状记忆效应，接着在InTl合金和近等原子比NiTi合金中发现了这种现象，1970年以前认为这只是存在于上述三种合金中的特殊现象，直到1970年在CuAlNi合金中也发现同样现象[1,2]，因此引起世界各国学者的兴趣。经过半个世纪的研究，其基础研究和应用开发研究方面取得了巨大成就，并在航空航天、机械、能源、交通、生物医学等多种领域得到了广泛应用。
形状记忆合金是利用其热弹性马氏体相变所产生的形状变化来完成记忆功能的。将合金在马氏体状态下进行塑性变性后，再将其加热到Af温度以上，便会自动恢复到母相原来的形状，如将合金再次冷到Mf温度以下，它又会自动恢复到原来经塑性变形后马氏体的形状[2,3]。形状记忆合金具有远大于其它驱动材料的应变量，但由于其微观机制在于温度场控制的马氏体逆相变，受散热条件的限制，形状记忆合金普遍存在响应频率低的缺点，极大地制约了它的工程应用。
铁磁性形状记忆合