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本文以多晶γMn基反铁磁合金为研究对象,用电阻法、差热分析(DSC)和动态机械热分析仪(DMA)研究了γ Mn-Fe(Cu)合金和γMn-Ni合金的反铁磁转变和FCC-FCT马氏体相变；用X-射线衍射分析仪(XRD)分析合金的相组成和结构:用透射电子显微镜(TEM)、原位温台TEM和DMA观察了合金的FCT孪晶组织和孪晶界的运动情况；通过热膨胀法测量了高锰的Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金的形状记忆效应和双程形状记忆效应:在低磁场和强磁场下,测量了各个合金的磁诱发应变,分析了它们磁控形状记忆效应机理。研究结果表明:
1、高锰的Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金为窄滞后的热弹性马氏体合金,具有形状记忆效应和双程形状记忆效应。形状记忆效应随着预变形量的增加,可逆应变εrev先增后减,当预变形量为-1.6％时达到最大,εrev为0.85％。50周的热循环使合金的双程形状记忆效应具有无滞后的特点。根据Makhurane提出应变相关的交换模型分析了合金反铁磁转变产生晶格畸变的物理本质,计算了合金反铁磁转变时的模量软化；并从热力学角度,说明了合金具有窄滞后、无滞后形状记忆效应和双程形状记忆效应的反铁磁转变和FCC→FCT马氏体相变的相变耦合机制。
2、对γ Mn-Fe(Cu)合金及γ Mn-Ni合金的磁控形状记忆效应(磁致伸缩和磁形状记忆效应)的研究结果如下:
A、对Mn含量分别为45.91at.％、54.32 at.％和72.86 at.％中锰的γMn-Fe(Cu)合金的磁致伸缩实验与分析表明:三种合金在室温下均为反铁磁奥氏体组织。在1.0 T的磁场范围内,对合金施加-40 ppm、-80 ppm、-120 ppm和-200 ppm的预压应变后,三个合金的磁诱发应变曲线都有明显的不同程度的预压力效应；在预压力效应下的磁诱发应变量,相当于铁磁性取向多晶磁致伸缩Fe-Ga合金的磁致伸缩量。在10.0 T的强磁场、无预应变下,虽然三种成分的合金的磁诱发应变各不相同,但是它们平行于磁场的磁诱发应变都为正值,45.91 at.％的Mn含量的合金的磁诱发量最大。造成三种合金的磁诱发应变性能不同的因为可以归结于以下三个方面:反铁磁的磁结构、晶体取向和铁磁性亚晶格上的磁矩的不同。用Kalita反铁磁磁致伸缩的表象理论,可以定性解释中锰的γ Mn-Fe(Cu)合金的磁致伸缩性能。
B、高锰的Mn85.5Fe9.5Cu5.0反铁磁马氏体合金具有磁形状记忆效应,其在低磁场、预应变(力)下和强磁场、无预应变(力)下,都具有最好的磁诱发应变性能。在强磁场下,其平行于磁场的磁诱发应变可达1.6％。热机械处理和定向凝固可以使合金(200)择优取向,可提高合金的磁诱发应变性能。确立了Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金的马氏体相孪晶和反铁磁磁畴的对应关系,指出了反铁磁磁形状记忆效应的特点,即具有磁诱发应变的启动磁场(磁场门槛值),通过热力学计算获得了磁场门槛值的理论计算公式,为Hth=±[2K/x()-x()]1/2;测量了Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金磁诱发应变的磁场门槛值,为1.2 T。
C、Mn82.2Ni17.8合金在室温下为反铁磁马氏体孪晶组织。其反铁磁转变温度与马氏体相变开始温度相差92 K,合金在室温、低磁场下,具有磁形状记忆效应,其平行于磁场的磁诱发应变在10-5的数量级,多晶的磁诱发应变的门槛值在0.22 T。