Ni-Mn-Sb-Si铁磁形状记忆合金相变行为及磁热性能研究

发布时间：2017-07-08 18:07

  本文关键词：Ni-Mn-Sb-Si铁磁形状记忆合金相变行为及磁热性能研究

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【摘要】：本文采用感应熔炼的方法制备块体材料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,优化合金成分设计与制备工艺,研究合金的组织结构、相变和磁学特性,探究有序化热处理、淬火热处理对其马氏体结构相变和磁学性能的影响,同时对不同磁-结构耦合状态设计与磁热效应等相关方面进行了研究。研究结果表明,从合金中组织成分的均匀性,相变温度,及磁热性能等角度考虑,选择的最优基体为Ni50Mn38Sb12合金,合金中有四种不同的马氏体变体,为4O结构马氏体,合金在5T下的?Sm为18.11J/kg,磁滞后为11.73J/kg,因而RCnet为34.34 J/kg。向此成分的三元合金中掺杂Si元素,合金成分为Ni50Mn38Sb12-xSix(x=0.5,1,2,3),最终选择的热处理工艺有两种:(1)淬火热处理,即在9000淐保温24h后水淬;(2)有序化热处理:在9000淐保温24h,7200淐保温2h,7000淐保温5h,5000淐保温20h。从微观组织均匀性,工作温度区间,磁滞后等因素考虑,有序态NMSS0.5合金性能最优,在5T下的?Sm为9.42J/kg,磁滞后仅为2.2J/kg,因而RCnet为50.13 J/kg远高于NMS12三元合金。在NMSS3合金中,两种热处理条件下的合金显微组织中均存在成分不同的三种相,由EDS分析可得这三种相分别为先析出相和两种析出相,且这两种析出相为热处理过程中产生的共晶相。同时在升/降温过程中合金在高温和低温出现两个一级结构相变,而高温处并未发生明显的一级磁相变,通过MFM测试结果可得,合金中的先析出相和析出相同时具有磁性,因此在高温处未发生明显磁相变的原因为析出相的一级相变温度高于Tc,一级相变和二级相变耦合。因此向NMSS3合金中掺杂Co元素取代部分Ni元素以提高合金的Tc点,降低析出相的一级相变温度,使其发生更大的磁相变,提高合金的ΔSm。合金成分为Ni50-x Cox Mn38Sb9Si3(x=6,12)两种合金的热处理工艺为:900℃下保温24h后水淬和炉冷。掺杂后合金微观组织中均出现类似的成分不均匀现象,且这种成分不均匀性在铸态组织中就已经存在,通过EDS分析可以判断合金中先析出相为先共晶相,两种析出相为共晶相,并不随均匀化热处理温度升高和保温时间的延长而消除。对淬火态Co12NMSS3合金进行磁热性能研究得出,合金在5T下的?Sm为4.68J/kg,磁滞后为4.15J/kg,因而RCnet为11.9 J/kg。
【关键词】：感应熔炼法 共晶相 磁熵变 磁滞后 制冷能力
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-30
• 1.1 课题背景及意义10-13
• 1.2 铁磁性形状记忆合金中的反磁热效应13-14
• 1.3 Ni-Mn-Sb合金结构与相变14-18
• 1.3.1 Ni-Mn-Sb合金结构14-17
• 1.3.1.1 Ni-Mn-Sb合金晶体结构14-15
• 1.3.1.2 Ni-Mn-Sb合金的磁性结构15-17
• 1.3.2 Ni-Mn-Sb合金的相变过程17-18
• 1.4 Ni-Mn-Sb合金的磁热性能（MCE）18-26
• 1.4.1 MCE原理19-20
• 1.4.2 MCE计算方法20-23
• 1.4.3 反铁磁材料Ni-Mn-Z(Z=Sn，In，，Sb）合金的MCE研究现状23-26
• 1.5 Ni-Mn-Sb铁磁性形状记忆合金的改性26-29
• 1.6 本文的研究目的与主要研究内容29-30
• 第2章 材料制备及分析测试方法30-36
• 2.1 实验材料30
• 2.2 实验方法30-32
• 2.3 实验分析测试方法32-36
• 2.3.1 组织结构与物相表征32-34
• 2.3.1.1 晶体结构表征（X射线衍射）32
• 2.3.1.2 微观结构分析（扫描电子显微观察）32-33
• 2.3.1.3 热分析方法33-34
• 2.3.2 磁学性质测量34-36
• 2.3.2.1 磁致相变温度的测量34
• 2.3.2.2 磁热性能测量34
• 2.3.2.3 磁畴分析34-36
• 第3章 Ni-Mn-Sb三元合金选择与磁热性能研究36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 Ni-Mn-Sb三元合金成分设计36
• 3.3 Ni-Mn-Sb三元合金的制备与热处理工艺36-37
• 3.4 Ni-Mn-Sb三元合金的微观组织形貌及物相分析37-40
• 3.5 Ni-Mn-Sb三元合金的相变行为分析40-44
• 3.6 磁-结构耦合状态Ni_(50)Mn_(38)Sb_(12)合金MCE探究44-48
• 3.6.1 磁-结构耦合状态下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(12)合金滞后特性44-45
• 3.6.2 磁-结构耦合状态下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(12)合金MCE45-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第4章 Ni-Mn-Sb-Si四元合金相变行为及磁热性能研究49-70
• 4.1 引言49
• 4.2 Ni-Mn-Sb-Si四元合金的制备49-50
• 4.3 Ni-Mn-Sb-Si四元合金热处理50-53
• 4.3.1 Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Sb_(0.5) 四元合金在不同热处理方式下微观组织分析50-51
• 4.3.2 Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 四元合金在不同热处理条件下的相变行为51-53
• 4.4 Ni-Mn-Sb-Si四元合金的微观组织形貌及物相分析53-57
• 4.5 Ni-Mn-Sb-Si四元合金的相变行为分析57-62
• 4.6 Ni-Mn-Sb-Si四元合金磁-结构相变规律总结62-64
• 4.7 磁-结构耦合状态下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 合金MCE研究64-67
• 4.7.1 磁-结构耦合状态下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 合金滞后特性64-65
• 4.7.2 磁-结构耦合状态下Ni_(50)Mn_(38)Sb_(11.5)Si_(0.5) 合金MCE65-67
• 4.8 Ni_(50)Mn_(38)Sb_9Si_3合金的磁畴分析67-68
• 4.9 本章小结68-70
• 第5章 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金磁热性能研究70-83
• 5.1 引言70
• 5.2 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金的制备及热处理工艺70-71
• 5.3 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金的显微组织结构分析71-76
• 5.4 Ni-Co-Mn-Sb-Si五元合金的相变行为分析76-79
• 5.5 磁-结构耦合状态淬火态Co12NMSS3合金MCE研究79-81
• 5.5.1 磁-结构耦合状态下淬火态Co12NMSS3合金滞后特性79-80
• 5.5.2 磁-结构耦合状态Co12NMSS3合金MCE80-81
• 5.6 本章小结81-83
• 结论83-84
• 参考文献84-91
• 附录91-96
• 致谢96

本文编号：535675