本文關鍵詞：Ni-Mn-Sb-Si鐵磁形狀記憶合金相變行為及磁熱性能研究

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【摘要】：本文采用感應熔煉的方法制備塊體材料Ni-Mn-Sb三元合金,Ni-Mn-Sb-Si四元合金和Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金,優(yōu)化合金成分設計與制備工藝,研究合金的組織結構、相變和磁學特性,探究有序化熱處理、淬火熱處理對其馬氏體結構相變和磁學性能的影響,同時對不同磁-結構耦合狀態(tài)設計與磁熱效應等相關方面進行了研究。研究結果表明,從合金中組織成分的均勻性,相變溫度,及磁熱性能等角度考慮,選擇的最優(yōu)基體為Ni50Mn38Sb12合金,合金中有四種不同的馬氏體變體,為4O結構馬氏體,合金在5T下的?Sm為18.11J/kg,磁滯后為11.73J/kg,因而RCnet為34.34 J/kg。向此成分的三元合金中摻雜Si元素,合金成分為Ni50Mn38Sb12-xSix(x=0.5,1,2,3),最終選擇的熱處理工藝有兩種:(1)淬火熱處理,即在9000淐保溫24h后水淬;(2)有序化熱處理:在9000淐保溫24h,7200淐保溫2h,7000淐保溫5h,5000淐保溫20h。從微觀組織均勻性,工作溫度區(qū)間,磁滯后等因素考慮,有序態(tài)NMSS0.5合金性能最優(yōu),在5T下的?Sm為9.42J/kg,磁滯后僅為2.2J/kg,因而RCnet為50.13 J/kg遠高于NMS12三元合金。在NMSS3合金中,兩種熱處理條件下的合金顯微組織中均存在成分不同的三種相,由EDS分析可得這三種相分別為先析出相和兩種析出相,且這兩種析出相為熱處理過程中產生的共晶相。同時在升/降溫過程中合金在高溫和低溫出現(xiàn)兩個一級結構相變,而高溫處并未發(fā)生明顯的一級磁相變,通過MFM測試結果可得,合金中的先析出相和析出相同時具有磁性,因此在高溫處未發(fā)生明顯磁相變的原因為析出相的一級相變溫度高于Tc,一級相變和二級相變耦合。因此向NMSS3合金中摻雜Co元素取代部分Ni元素以提高合金的Tc點,降低析出相的一級相變溫度,使其發(fā)生更大的磁相變,提高合金的ΔSm。合金成分為Ni50-x Cox Mn38Sb9Si3(x=6,12)兩種合金的熱處理工藝為:900℃下保溫24h后水淬和爐冷。摻雜后合金微觀組織中均出現(xiàn)類似的成分不均勻現(xiàn)象,且這種成分不均勻性在鑄態(tài)組織中就已經(jīng)存在,通過EDS分析可以判斷合金中先析出相為先共晶相,兩種析出相為共晶相,并不隨均勻化熱處理溫度升高和保溫時間的延長而消除。對淬火態(tài)Co12NMSS3合金進行磁熱性能研究得出,合金在5T下的?Sm為4.68J/kg,磁滯后為4.15J/kg,因而RCnet為11.9 J/kg。
【關鍵詞】：感應熔煉法 共晶相 磁熵變 磁滯后 制冷能力
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG139.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-30
• 1.1 課題背景及意義10-13
• 1.2 鐵磁性形狀記憶合金中的反磁熱效應13-14
• 1.3 Ni-Mn-Sb合金結構與相變14-18
• 1.3.1 Ni-Mn-Sb合金結構14-17
• 1.3.1.1 Ni-Mn-Sb合金晶體結構14-15
• 1.3.1.2 Ni-Mn-Sb合金的磁性結構15-17
• 1.3.2 Ni-Mn-Sb合金的相變過程17-18
• 1.4 Ni-Mn-Sb合金的磁熱性能（MCE）18-26
• 1.4.1 MCE原理19-20
• 1.4.2 MCE計算方法20-23
• 1.4.3 反鐵磁材料Ni-Mn-Z(Z=Sn，In，，Sb）合金的MCE研究現(xiàn)狀23-26
• 1.5 Ni-Mn-Sb鐵磁性形狀記憶合金的改性26-29
• 1.6 本文的研究目的與主要研究內容29-30
• 第2章 材料制備及分析測試方法30-36
• 2.1 實驗材料30
• 2.2 實驗方法30-32
• 2.3 實驗分析測試方法32-36
• 2.3.1 組織結構與物相表征32-34
• 2.3.1.1 晶體結構表征（X射線衍射）32
• 2.3.1.2 微觀結構分析（掃描電子顯微觀察）32-33
• 2.3.1.3 熱分析方法33-34
• 2.3.2 磁學性質測量34-36
• 2.3.2.1 磁致相變溫度的測量34
• 2.3.2.2 磁熱性能測量34
• 2.3.2.3 磁疇分析34-36
• 第3章 Ni-Mn-Sb三元合金選擇與磁熱性能研究36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 Ni-Mn-Sb三元合金成分設計36
• 3.3 Ni-Mn-Sb三元合金的制備與熱處理工藝36-37
• 3.4 Ni-Mn-Sb三元合金的微觀組織形貌及物相分析37-40
• 3.5 Ni-Mn-Sb三元合金的相變行為分析40-44
• 3.6 磁-結構耦合狀態(tài)Ni_(50)Mn_(38)Sb_(12)合金MCE探究44-48
• 3.6.1 磁-結構耦合狀態(tài)下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(12)合金滯后特性44-45
• 3.6.2 磁-結構耦合狀態(tài)下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(12)合金MCE45-48
• 3.7 本章小結48-49
• 第4章 Ni-Mn-Sb-Si四元合金相變行為及磁熱性能研究49-70
• 4.1 引言49
• 4.2 Ni-Mn-Sb-Si四元合金的制備49-50
• 4.3 Ni-Mn-Sb-Si四元合金熱處理50-53
• 4.3.1 Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Sb_(0.5) 四元合金在不同熱處理方式下微觀組織分析50-51
• 4.3.2 Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 四元合金在不同熱處理條件下的相變行為51-53
• 4.4 Ni-Mn-Sb-Si四元合金的微觀組織形貌及物相分析53-57
• 4.5 Ni-Mn-Sb-Si四元合金的相變行為分析57-62
• 4.6 Ni-Mn-Sb-Si四元合金磁-結構相變規(guī)律總結62-64
• 4.7 磁-結構耦合狀態(tài)下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 合金MCE研究64-67
• 4.7.1 磁-結構耦合狀態(tài)下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 合金滯后特性64-65
• 4.7.2 磁-結構耦合狀態(tài)下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 合金MCE65-67
• 4.8 Ni_(50)Mn_(38)Sb_9Si_3合金的磁疇分析67-68
• 4.9 本章小結68-70
• 第5章 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金磁熱性能研究70-83
• 5.1 引言70
• 5.2 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金的制備及熱處理工藝70-71
• 5.3 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金的顯微組織結構分析71-76
• 5.4 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金的相變行為分析76-79
• 5.5 磁-結構耦合狀態(tài)淬火態(tài)Co12NMSS3合金MCE研究79-81
• 5.5.1 磁-結構耦合狀態(tài)下淬火態(tài)Co12NMSS3合金滯后特性79-80
• 5.5.2 磁-結構耦合狀態(tài)Co12NMSS3合金MCE80-81
• 5.6 本章小結81-83
• 結論83-84
• 參考文獻84-91
• 附錄91-96
• 致謝96

本文編號：535675