Co-Ni-Al系列合金作为一种新型磁控形状记忆合金,它不仅具有磁控形状记忆合金的高响应频率和大磁致应变等特点,还具有传统磁控形状记忆合金Ni2MnGa所缺乏的良好力学性能和可加工性等优点。目前,Co-Ni-Al系列磁控形状记忆合金所能获得的磁致应变还比较小,多晶Co-Ni-Al合金在外磁场作用下只能获130 ppm左右的磁致应变,对其工业应用有着严重的制约。因此,如何提高Co-Ni-Al的磁控形状记忆效应成为广大材料工作者的研究重点。从磁控形状记忆效应的解析模型来看,提高Co-Ni-Al合金的磁致应变可以通过提高合金的磁晶各向异性和饱和磁化强度,同时降低相变临界应力和马氏体再取向应力来实现。目前最主要也是最直接的方法就是通过合金化来提高合金的磁晶各向异性和饱和磁化强度,通过相变的控制和相分布来降低相变临界力和马氏体再取向应力。本文运用金相分析(OM)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X-射线能谱(EDX)、透射电镜(TEM)、震动样品磁强计(VSM)和电子万能试验机等多种现代分析和测试手段,系统地研究了铁磁性元素Fe, Gd, Dy和Er掺杂对Co-Ni-Al基合金的显微组织、马氏体相变、磁性能以及力学性能影响规律。同时,分析了铁磁性元素合金化对Co-Ni-Al合金的磁晶各向异性和饱和磁化强度强化机制。研究发现,随着铁磁性元素Fe、Gd、Dy和Er的掺杂取代Co-Ni-Al合金中的A1元素,合金的显微组织由原来双相结构(即基体相p相与处于晶界处的γ相)逐渐转变为p相+γ相+马氏体的三相结构,最后再转变为y相+马氏体的新双相结构。处于晶界处的γ相随着掺杂元素含量的增多开始沿着晶界变得粗大起来,而晶内少量弥散状的γ,相则逐渐消失。当Dy和Er的掺杂量超过0.5 at.%时,在粗大的γ相中分别形成块状的金属间化合物Co5Dy和Co2Er,并且随着Dy和Er的掺杂量的进一步上升,γ相中沉积的金属间化合物数量持续增多。铁磁性元素Fe、Gd, Dy和Er取代Co-Ni-Al中的A1元素后可以明显提高合金的核外价电子浓度,从而促使马氏体相变温度上升。并且在掺杂的过程中,掺杂量越大,合金核外价电子浓度就越高,合金的马氏体相变温度相应地逐渐上升,最终超过室温,在合金中获得室温马氏体组织。此外,合金中马氏体界面呈矛头状自协作结构,其内部是由高密度位错的亚结构形成,在相变界面迁移的过程中始终沿着马氏体簇孪晶界移动,形成板条状孪晶马氏体。对材料磁性能研究表明,铁磁性元素Fe、Gd、Dy和Er在0-1.0 at.%范围内掺杂时,合金的饱和磁化强度随着掺杂量的增加逐渐上升。当掺杂量超过1.0 at.%时,Fe的继续掺杂使合金饱和磁化强度继续上涨,而Gd、Dy和Er的继续掺杂则使合金饱和磁化强度逐渐下降。在掺杂的过程中,合金也随着掺杂量的增加变得难以磁化。同时,随着元素掺杂量的上升,合金的磁晶各向异性常数也随之持续增长,使合金的磁各向异性能得到提高。力学性能研究表明,在铁磁性元素Fe、Gd、Dy和Er掺杂时,合金的硬度随掺杂量的增加呈现出逐渐下降的趋势,但随着掺杂量的继续上升,合金的硬度下降趋势有所缓和。当铁磁性元素的掺杂量达到并超过0.5 at.%时,Fe和Gd的继续添加使合金的硬度保持下降趋势,但逐渐趋于平缓；而Dy和Er的继续添加使合金的硬度逐渐上升。此外,铁磁性元素掺杂后,Co-Ni-Al合金的压缩断裂强度和压缩应变均随着掺杂量的增加持续上升。但是在掺杂Dy和Er的量超过0.5 at.%的合金中,合金的压缩断裂强度和应变均随着Dy和Er的掺杂量上升开始有所降低。合金形状记忆回复率及磁致应变研究结果表明,铁磁性元素Fe和Gd的掺杂能有效提高Co-Ni-Al合金的记忆回复率,其回复率随着掺杂量的增加持续上升。元素Dy和Er的掺杂则使Co-Ni-Al合金的记忆回复率随着掺杂量的增加先上升后下降,与此同时,在压缩量较小或多次热机械循环后,Co-Ni-Al合金均表现出较高的记忆回复率。铁磁性元素的掺杂能够使Co-Ni-Al合金的磁致应变得到明显的增加。当掺杂量低于0.5 at.%时,合金的磁致应变随着铁磁性元素的掺杂量上升逐增加；但是当掺杂量超过0.5 at.%,Fe和Gd的掺杂使合金的磁致应变逐渐增大,而Dy和Er的掺杂则使合金出现逐渐减小的趋势。