【摘 要】
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Ni-Mn-Ga合金性能调控和组织控制一直是智能材料领域的研究热点。富镍Ni-Mn-Ga合金中γ相的引入极大地提升了材料的韧性,使其展现出广阔的应用前景。然而以往对富镍Ni-Mn-Ga合金中γ相和马氏体相的形貌、取向和成分分布等在Ni-Mn-Ga合金应变过程中的影响机制研究较少。此外,外场下Ni-Mn-Ga合金相变过程中的晶体学演化也是探究其性能变化的关键。因此本论文拟通过改变合金成分或者利用调控
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Ni-Mn-Ga合金性能调控和组织控制一直是智能材料领域的研究热点。富镍Ni-Mn-Ga合金中γ相的引入极大地提升了材料的韧性,使其展现出广阔的应用前景。然而以往对富镍Ni-Mn-Ga合金中γ相和马氏体相的形貌、取向和成分分布等在Ni-Mn-Ga合金应变过程中的影响机制研究较少。此外,外场下Ni-Mn-Ga合金相变过程中的晶体学演化也是探究其性能变化的关键。因此本论文拟通过改变合金成分或者利用调控合金中微观/宏观偏析,获得不同组织的合金样品,进一步研究其对机械性能的影响,以及外场下Ni-Mn-Ga合金中组织演变和性能响应。主要取得以下研究结果:研究了富镍Ni58Mn25Ga17和Ni60Mn25Ga15合金的成分分布和取向生长规律,及其机械性能和断裂特征。从偏析角度出发,发现Ni元素主要在γ相中偏析,Mn元素和Ga元素主要在β相中偏析;此外,在Ni58Mn25Ga17合金中β相沿（001）A择优生长方向,而在Ni60Mn25Ga15合金中γ相有（001）A择优生长方向。发现Ni58Mn25Ga17合金中以马氏体相的穿晶断裂占主导地位;Ni60Mn25Ga15合金中存在大量的枝晶状和层片状γ相,因其良好塑性可有效抑制马氏体穿晶断裂的裂纹扩展,提高了断裂应变。并且发现,在应力施加过程中变体重取向的变形与外应力相适应,且通常发生在Schmid因子较高的变体上。探究了横向磁场对Ni-Mn-Ga合金定向凝固横向偏析组织的影响,并且分析了在热场、应力场以及磁场条件下Ni-Mn-Ga合金中马氏体相变演变规律和力学行为。发现磁场能够诱发样品尺度上的溶质偏析,以及减轻枝晶尺度上的偏析。进一步外场下的相变研究发现,温度诱导的马氏体相变以“楔形”变体对方式生长,主要归因于相变前后微观组织的应变自适应特征。另外,样品的超弹性显著依赖于其晶体方向,可归因于不同方向的分切应力因子不同。此外,在Ni-Mn-Ga合金马氏体相变中磁场的施加可以促进易磁化轴平行于磁场方向的变体优先生成。本研究通过调控Ni-Mn-Ga合金的成分和取向,揭示了不同组织对合金性能的影响,探索了横向磁场对合金定向凝固组织的影响,加深了对外场下马氏体相变和机械行为的理解,丰富了Ni-Mn-Ga合金的制备技术与相变理论研究。
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