NiMnCoIn新型磁控形状记忆合金磁场训练的晶体各向异性机制研究

以NiMnCoIn合金为代表的NiMnIn基四元合金可在磁场作用下由马氏体相向奥氏体相转变，产生大的磁感生应变，是性能优异的新一代驱动器和传感器用磁控形状记忆材料。本项目针对NiMnCoIn合金单晶在不同晶体学方向施加磁场处理时，显微组织演变特征差别较大的初步实验结果，拟选取NiMnCoIn合金为研究对象，采用基于同步辐射高能X射线衍射的定量原位测量技术系统研究合金的热致相变过程，并在略低于奥氏体开始形成温度研究不同晶体学方向施加磁场诱发马氏体相向奥氏体相转变的临界磁场强度，探索磁场训练对合金晶体结构、微结构（取向、变体分布与变体间微应力）影响规律，阐明此类合金磁场施加晶体学方向影响磁场诱导逆相变和磁场训练效果的物理本质，探索调整外加磁场方向增强合金磁场训练功效的工艺原则，以期通过磁场训练有效降低驱动此类合金逆相变的磁场门槛值，提高磁感生应变。

在本项目研究工作中，首先进行了磁性形状记忆合金形变、相变和磁场处理等同步辐射原位实验研究所需试样制备的探索工作。针对多晶磁性形状记忆合金的本征脆性、单晶体难以制备等缺点，尝试了调整合金元素、微合金化制备和多孔材料制备工艺等方面探索。. 通过在Ni-Co-Mn-In 合金中添加B元素研究微量硼元素对合金力学性能、金相组织、磁性能及其它性能的影响。研究发现，B元素的添加影响Ni-Co-Mn-In合金中第二相的生成和分布。在 Ni45Co5Mn36.7In13.3 和 Ni50Mn34In8Co8 中，第二相含量随B元素含量增加而呈增加趋势；而Ni50Mn34In13Co3 中添加B元素抑制了第二相的生成，使Ni50Mn34In11Co5 中使第二相减少。这几种合金的压缩强度随着第二相含量的增加而增加。在Ni50Mn34In13Co3和Ni50Mn34In8Co8中B元素整体上增强了合金的磁性能。B元素在Ni45Co5Mn36.7In13.3中则整体上削弱了合金的磁性能，而在Ni50Mn34In11Co5中则减小了磁化强度。. 在此基础上进一步研究了多孔NiCoMnIn合金和树脂基NiCoMnIn合金复合材料制备所需合金粉末的相变特征与粉末颗粒度间的关系。研究表明，球磨处理获得的Ni45Co5Mn36.7In13.3合金颗粒奥氏体相与马氏体相结构保持不变，但相变温度大幅降低。块体合金的马氏体转变点在0℃附近，而球磨后的合金颗粒的奥氏体相转变开始点降低到-80℃以下。. 通过大量实验工作，最终在NiMnInFe合金中成功制备出同步辐射高能X射线原位实验所需的单晶样品。通过对NiMnInFe合金热致相变和热磁耦合相变的原位实验观测，发现：.(1).在临近合金奥氏体相变开始温度处，温度升高，驱动逆相变所需磁场强度降低；.(2).沿不同方向对单晶磁性形状记忆合金施加磁场，磁场对合金逆相变进程影响差异明显；.(3).合金磁性能参数与晶体结构相关的各向异性为强取向化多晶磁性形状记忆合金制备提供了重要的理论依据。. 根据上述实验结果结合理论分析对多晶NiMnInFe合金的处理结果表明，在特定晶体学方向施加强磁场处理可获得类单晶合金。