ni-fe-ga磁性形状记忆合金的研究现状及发展1.pdfVIP

Ni-Fe-Ga磁性形状记忆合金的研究现状及发展1 孙瑞涛，韩 明，张 雯，于忠辉，王立东，庞年斌 山东理工大学机械工程学院，山东淄博(255049 ） E-mail: rst26tao@163.com 摘 要：Ni-Fe-Ga磁性形状记忆合金是一种新发展起来的形状记忆材料，具有大恢复应变、 大输出应力、高响应频率和可精确控制的综合特性，有望成为压电陶瓷和磁致伸缩材料之后 的新一代驱动与传感材料。系统阐述了近年来Ni-Fe-Ga铁磁性形状记忆合金的结构、相变、 磁性形状记忆效应、制备方法及其热处理等方面的研究进展，并对其中存在的问题进行了讨 论。 关键词：Ni-Fe-Ga ；磁性形状记忆合金；马氏体相变 中图分类号：TG139.6 文献标识码:A 1. 引言 Ni-Fe-Ga 形状记忆合金是一种继 Ni-Mn-Ga 合金之后新发展起来的磁性形状记忆材料。 与 Ni-Mn-Ga 合金相比，该合金同样具有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控 制等综合特性，使其可能在大功率水下声呐、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波 器件、机 器人等领域有重要应用，有望成为继压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材 料。传统形状记忆合金，如 TiNi 基、Cu 基、Fe 基等，虽然具有较大的可逆恢复应变和大 的恢复力，但由于受温度场驱动，其响应频率很低(1Hz 左右) 。与传统形状记忆合金相比， 压电陶瓷和磁致伸缩材料虽然具有很高的响应频率(1000Hz 左右) ，但所能达到的最大应变 也只有 0.2%，限制了材料在实际工程中的应用[1] 。磁性形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy ，MSMA)不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有 受磁场控制的磁性形状记忆效应(Magnetic Shape Memory Effect，MSME) 。目前报道MSMA 的最大磁致应变为 9.4%[2]，最高响应频率可达 5000Hz[3]，弥补了传统形状记忆合金响应频 率慢、压电及磁致伸缩材料应变小的不足，是一种较为理想的驱动材料。同时，独特的磁性 能使 MSMA 可用作温度场 及磁场的传感器，因而具有广阔的应用前景。 目前，已发现的磁性形状记忆合金主要包括: Ni 系合金 Ni-Mn-Ga ，Ni-Fe-Ga ，Ni –Al-Mn ， Ni –Co-Al 等；Co 系合金 Co-Mn ，Co-Ni ，Co-Ni-Ga 等；Fe 系合金 Fe-Pd ，Fe-Mn-Si ， Fe-Ni-Co-Ti ，Fe-Pt ，Fe-C ，Fe -Cr-Ni-Mn-Si-Co 等。其中，Ni-Mn-Ga 合金是最早发现的 MSMA ， 对它的研究也最为深入和最具代表性，并且已实现初步应用[4-6] 。但是Ni-Mn-Ga 合金脆性大 的缺点限制了它的实用性，所以 2002 年以来一种新型高强高韧磁性形状记忆合金 ——Ni-Fe-Ga 合金的研究成为新的热点课题。本文将对 Ni-Fe-Ga 合金目前的研究现状进行 系统的概括。 2. 合金的晶体结构 对Ni-Fe-Ga合金进行X射线衍射分析以及选区电子衍射测试，结果表明母相奥氏体晶体 结构属于立方系L2 [7] 1型有序结构 ，其晶格参数为：a=b=c=0.574nm, α=β=γ=90°,空间群为 1 *基金项目：山东省自然科学基金资助项目 (Y2006F61) - 1 - Fm3m 。如图1所示，它可以看成是由四个相互贯穿的面心亚点阵构成，原子A 、B 、C、D分 别占据(0，0，0)，(1/4，1/4，1/4)，(1/2，1/2，1/2)，(3/4，3/4，3/4)位置。Ni在A和C 的位置， 而Fe和Ga分别在B和D 的位置。 文献[8]对 Ni FeGa 合金的预马氏体和马氏体相变进行了研究，在低于 145K 时发现了