【摘 要】
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Ni-Mn-Ga合金是一种具有优秀磁热效应的铁磁形状记忆合金,在室温磁制冷领域有着良好的应用前景。本文通过感应熔炼法制备了三种成分的Ni-Mn-Ga合金铸锭,并将铸锭进行机械研磨获得微米合金颗粒。将合金颗粒与环氧树脂混合,分别在有磁场和无磁场的条件下进行固化,研究了合金铸锭、微米颗粒以及颗粒/环氧基复合材料的的组织结构和磁热性能。本文通过成分设计,感应熔炼制备了三种相变温度在室温附近的Ni-Mn-
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Ni-Mn-Ga合金是一种具有优秀磁热效应的铁磁形状记忆合金,在室温磁制冷领域有着良好的应用前景。本文通过感应熔炼法制备了三种成分的Ni-Mn-Ga合金铸锭,并将铸锭进行机械研磨获得微米合金颗粒。将合金颗粒与环氧树脂混合,分别在有磁场和无磁场的条件下进行固化,研究了合金铸锭、微米颗粒以及颗粒/环氧基复合材料的的组织结构和磁热性能。本文通过成分设计,感应熔炼制备了三种相变温度在室温附近的Ni-Mn-Ga合金铸锭（NMG1、NMG2和NMG3）,室温下均为马氏体结构,每种合金的马氏体结构均有不同,且其中NMG2合金处于磁-结构半耦合状态。对合金铸锭进行磁力显微镜观察,观测到了条带状磁畴结构。三种合金在室温下的饱和磁化强度分别为75emu/g、68emu/g以及80emu/g,热滞后分别为12.0K、5.0K和9.8K。将合金铸锭机械研磨成颗粒后进行去应力退火,退火后颗粒的偏光金相照片显示贯穿颗粒的孪晶马氏体结构,证明颗粒为单晶状态。退火后颗粒相组成保持不变,相变过程中相变峰高降低而峰宽增加,并且三种颗粒的低磁场饱和磁化强度相比于铸锭出现了明显的提升,NMG1合金的热滞后也获得了一定改善,三种颗粒热滞后分别为7.0K、5.0K和10.8K。在NMG1颗粒中观察到了条带状磁畴结构,而在NMG2颗粒中观察到了不规则的羽毛状磁畴结构。NMG2合金在室温下饱和磁化强度得到明显的提升,达到76emu/g。分别在有磁场和无磁场的条件下对Ni-Mn-Ga/环氧基复合材料进行固化,发现在磁场作用下单晶颗粒会呈链状进行排布,并且具有磁各向异性。研究了颗粒填充比、固化磁场强度和热-磁训练对复合材料室温磁各向异性能的影响,分析各影响因素的内在机理,并且发现在颗粒质量分数为30wt.%,固化磁场为10k Oe,热-磁循环次数达到10次以上时复合材料具有较高的磁各向异性,部分复合材料的磁各向异性能超过5×10~4J/m~3。分别采用三种Ni-Mn-Ga合金颗粒与环氧树脂制备了复合材料,并测试各组材料的磁热性能,发现在复合材料的易磁化方向磁熵值较大,且磁滞后较小。由NMG2颗粒填充的复合材料表现出较为优异的磁热性能,其在易磁化方向的磁熵达到11.586J/kg K,磁热峰半高宽为10.7K,磁制冷能力值约为87.94J/kg。在三种复合材料中均观测到了旋转磁热效应,并且发现同种材料的磁熵峰值温度与旋转磁熵峰值温度不同,三种材料的旋转磁熵峰值分别为0.645J/kg K、0.418J/kg K和0.257J/kg K。
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