【摘要】：本文采用稀土Gd替代In的方法成功制備NiCoMnInGd磁性多晶合金。本文采用了光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、示差掃描量熱儀、物性測(cè)量系統(tǒng)及綜合壓縮試驗(yàn)等方式研究了Ni-Co-Mn-In-Gd合金的微觀顯微組織、晶體結(jié)構(gòu)、馬氏體相變行為、磁性能、力學(xué)性能及其影響因素,闡明了稀土元素Gd對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、馬氏體相變、磁性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律及原因。由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),稀土元素Gd的摻雜使Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x(0≤x≤1.6)合金顯微組織發(fā)生了變化。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x合金的顯微組織由基體和富Gd相所組成。富Gd相主要沿晶界分布,在晶內(nèi)的第二相則呈顆粒狀分布。逐漸增大Gd摻雜量,富Gd相的體積分?jǐn)?shù)則隨之增大,晶粒尺寸相對(duì)逐漸減小,當(dāng)Gd含量為1.6at%時(shí),沿晶界分布的第二相相互連接成網(wǎng)狀,局部出現(xiàn)第二相的富集,晶內(nèi)顆粒狀富Gd相數(shù)量稍有增多。由能譜分析可知,稀土Gd在基體中溶解度很低,形成富Gd相。研究表明,在冷卻和加熱過程中,Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x(0≤x≤1.6)合金發(fā)生了一步熱彈性馬氏體相變與逆相變。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x合金的馬氏體相變溫度隨著稀土Gd摻雜量的增加先下降后升高。當(dāng)x=0時(shí),馬氏體相變起始溫度(M_s)確定為286 K。當(dāng)Gd含量達(dá)到0.8 at.%時(shí),馬氏體轉(zhuǎn)變溫度首先降低,然后合金相變溫度隨著稀土Gd含量的增加而升高。當(dāng)Gd含量達(dá)到1.6 at.%時(shí),合金馬氏體相變起始溫度高達(dá)394 K。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(13.4)Gd_(1.6)合金的馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度比Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15)合金升高約108K,并且仍有增加的趨勢(shì)。馬氏體相變溫度升高的關(guān)鍵原因是合金中富Gd相的形成導(dǎo)致基體中In含量的降低。不同的稀土摻雜量對(duì)Ni-Mn-In系列合金的馬氏體類型會(huì)產(chǎn)生較大影響。x=0,0.8時(shí),合金為10M和奧氏體兩相共存;當(dāng)稀土含量大于等于1at%時(shí),合金均被標(biāo)定為單斜結(jié)構(gòu)的14M馬氏體相。在Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14.2)Gd_(0.8)和Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14)Gd_1合金中觀察到磁場(chǎng)誘發(fā)馬氏體逆相變的現(xiàn)象。由壓縮試驗(yàn)結(jié)果可知,摻雜適量的稀土元素Gd可以明顯改善Ni-Co-Mn-In合金的力學(xué)性能。隨著稀土Gd摻雜量的增加,當(dāng)Gd含量為0.8 at.%時(shí),合金壓縮斷裂應(yīng)變值在達(dá)到最高,此時(shí)壓縮斷裂強(qiáng)度也達(dá)到最大值。但是繼續(xù)摻雜稀土Gd則會(huì)降低合金應(yīng)變和抗壓強(qiáng)度。當(dāng)稀土Gd摻雜量超過1.2 at.%,合金的壓縮應(yīng)變和抗壓強(qiáng)度隨著Gd含量的增加而顯著下降。摻雜稀土Gd可導(dǎo)致合金細(xì)晶強(qiáng)化,這就是Ni-Co-Mn-In合金強(qiáng)度增大的主要原因。從實(shí)驗(yàn)中可知,摻雜過量的Gd會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變降低,其主要原因在于過多的析出富稀土相導(dǎo)致稀土相局部的過度密集而使合金力學(xué)性能降低。磁性能測(cè)試表明,合金磁熵變值隨磁場(chǎng)增大而不斷提高。在5 T磁場(chǎng)下,Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(15-x)Gd_x(x=0.8,1)合金的磁熵變達(dá)到最大。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14)Gd_1合金在328 K處最高磁熵變?yōu)?7 J/Kg K,其制冷量RC值可以達(dá)到255 J Kg~(-1)。Ni_(45)Co_5Mn_(35)In_(14.2)Gd_(0.8)合金在277 K溫度下,5 T磁場(chǎng)下最大磁熵變(ΔS_M)達(dá)到17.78J/kg K,制冷量Rc高達(dá)356 J/kg,并且該條件下合金的磁滯損耗較小。上述研究表明,NiCoMnInGd磁性多晶合金,通過采用適量的稀土Gd替代In,可獲得較大的磁熱效應(yīng)和制冷效率,這些合金將有望成為新型的室溫磁致冷材料,這對(duì)于Ni-Mn-In合金的工程實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG139.6
【圖文】：

單程形狀記憶效應(yīng)Fig.1-1Onewayshapememoryeffect

在高溫條件下加熱，合金恢復(fù)到高溫相形狀，再降低溫度，合金恢復(fù)到低溫相形狀，這種合金被稱為雙程記憶效應(yīng)合金，如圖1-2是雙程形狀記憶的過程。合金內(nèi)部有內(nèi)應(yīng)力或者位錯(cuò)等一些永久性缺陷，因此在形成馬氏體的過程中，馬氏體已經(jīng)有了某種特定取向，即在降溫時(shí)馬氏體取向已形成，升溫后又形成母相狀態(tài)[64]。圖 1-2 雙程形狀記憶效應(yīng)Fig. 1-2 Two-way shape memory effect完全形狀記憶效應(yīng)：材料在加熱時(shí)恢復(fù)到高溫相，冷卻后形成與高溫相形狀一致的低溫相，取向卻完全相反[64]。

【參考文獻(xiàn)】

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1 從道永;張清華;王子龍;黃煉;王沿東;;新型磁驅(qū)動(dòng)多功能合金的材料設(shè)計(jì)與高性能化[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2015年05期

2 聶志華;王沿東;劉冬梅;;磁驅(qū)動(dòng)相變材料研究進(jìn)展[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2012年03期

3 魏春雷;;復(fù)合稀土對(duì)ZL101合金的細(xì)化變質(zhì)作用[J];南方農(nóng)機(jī);2006年03期

4 陳永祿;傅高升;陳文哲;;微量稀土對(duì)Al-1Mn-1Mg合金中雜質(zhì)相的變質(zhì)作用探討[J];中國(guó)稀土學(xué)報(bào);2005年S2期

5 王斌;方西亞;易丹青;周玲伶;羅文海;;稀土元素釔和鈰對(duì)Mg-Zn-Zr系合金組織和性能的影響[J];機(jī)械工程材料;2005年12期

6 季小蘭,聶祚仁,邢澤炳;稀土元素Er對(duì)Al-5Mg合金鑄態(tài)組織的影響[J];輕合金加工技術(shù);2005年10期

7 李振鐸,張雷,孟亮;稀土元素對(duì)Cu-6%Ag及Cu-24%Ag合金微觀組織的影響[J];中國(guó)稀土學(xué)報(bào);2005年03期

8 毛建偉,金頭男,徐國(guó)富;含鈧Al-Cu合金的顯微組織[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2005年06期

9 王艷蕊,劉平,雷靜果,劉勇,田保紅;稀土Y摻雜對(duì)Cu-Cr-Zr合金時(shí)效性能的影響[J];鑄造技術(shù);2005年06期

10 艾秀蘭,李英民;稀土元素對(duì)Al-Mg_2Si合金組織及性能的影響[J];鑄造;2005年03期

本文編號(hào)：2720201