磁场诱发超弹性材料的研究

超弹性材料在航空航天、机械电子、工业仪表、生物医学等领域具有广阔应用前景。现有超弹性材料均为应力诱发超弹性，其响应频率低，不能满足较高频场合的需求。新型铁磁形状记忆合金不仅具有大磁致应变效应，而且基于铁磁性奥氏体的稳定性，实现了磁控奥氏体相变，并获得多功能特性，已成为国际研究热点。本项目提出在铁磁形状记忆合金中通过磁控铁磁马氏体相变，引发磁场诱发超弹性这一新的物理效应。.本项目拟基于NiMnGaCu合金从铁磁马氏体到顺磁奥氏体的相变，阐明磁场对相变温度的影响规律；研究磁场诱发马氏体相变的温度相关性；揭示磁场诱发超弹性的临界磁场驱动力关键控制因素，包括马氏体结构类型、磁晶各向异性、磁有序状态、晶体取向等内禀因素，和温度、预应力等外界因素；明确磁场诱发超弹性的微观组织演变过程；探讨磁场诱发超弹性的频率特性。从而，研制出磁场诱发超弹性材料，实现超弹性材料的快速响应，具有重要的理论意义和应用前景。

本项目设计了铁磁性超弹合金NiCuMnGa，系统研究了该合金系的相结构、马氏体相变、磁性能和磁相变等特征。揭示了NiCuMnGa合金的马氏体相变温度和磁性转变温度与成分的相关性，建立了反映上述关系的数学方程式，发现了Cu取代Ni对马氏体和奥氏体相居里温度的反向作用现象，进而通过成分设计和相变次序调控，获得了结构转变和磁性转变共同发生的磁结构耦合相变，实现了磁场诱发马氏体相变。在此基础上，通过进一步优化成分，采用不同原子间的相互取代，利用尺寸效应和电子浓度对相变温度作用效果的补偿效应，在宽成分范围内均获得了磁结构耦合相变和磁场诱发马氏体相变。此外，我们还发现，Cu添加在保持NiMnGa合金热弹性马氏体相变的同时，还能显著提高NiMnGa多晶合金韧性。上述研究成果在Applied Physics Letters等期刊上发表SCI收录论文12篇，做学术会议报告4次。