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Ni-Mn-Ga磁驱动形状记忆合金响应频率高、输出应变大,因而倍受关注,但该合金脆性大和磁场门槛值高制约了其发展和应用。论文采用放电等离子烧结(SPS)方法制备细晶Ni-Mn-Ga合金,改善塑性;引入Fe-Ga磁致伸缩粒子,利用其磁致伸缩产生内应力协助外磁场驱动马氏体孪晶界面移动,降低磁场门槛值。 本文采用SPS烧结制备了Ni-Mn-Ga合金和Ni-Mn-Ga/Fe-Ga复合材料。采用扫描电镜观察、透射电子显微分析、X射线衍射分析、示差扫描量热分析、室温压缩试验、物性测量及磁感生应变测试等方法系统研究了烧结温度、Ni-Mn-Ga粒径和Fe-Ga含量对复合材料微观组织结构、马氏体相变、力学性能、磁学特性和磁感生应变的影响规律及其机理,揭示了Fe-Ga降低磁场门槛值的微观机制。 研究表明,烧结温度对Ni-Mn-Ga/Fe-Ga复合材料界面结合有较大影响,提高烧结温度有利于获得良好的界面结合。烧结温度为700℃时,Fe-Ga颗粒与Ni-Mn-Ga基体之间存在裂纹,界面结合不够完好;烧结温度超过850℃时,Fe-Ga颗粒与Ni-Mn-Ga基体结合完好;烧结温度为900℃时,Fe-Ga与Ni-Mn-Ga基体发生界面反应,在界面处观察到含Fe反应物。 试验结果表明,烧结温度、Ni-Mn-Ga粒径和Fe-Ga含量对Ni-Mn-Ga/Fe-Ga复合材料基体马氏体相变均有影响。烧结温度升高、Ni-Mn-Ga粒径减小或Fe-Ga含量增加,马氏体相变温度降低。烧结温度低于850℃时,相变类型为L217M相变;烧结温度为900℃时,相变类型为L215M相变,变体间多呈?M[202]I型孪晶关系;Ni-Mn-Ga粒径对马氏体相变类型没有影响,而Fe-Ga含量的增加却改变了马氏体相变类型,Fe-Ga含量小于12vol％时,相变类型为L217M;Fe-Ga含量高于15vol%时,相变类型为L215M。马氏体相变类型的改变主要由于Fe-Ga中Fe元素扩散使Ni-Mn-Ga基体中含Fe所致。 室温压缩实验表明,Fe-Ga的加入显著提高了Ni-Mn-Ga合金力学性能。Ni-Mn-Ga/Fe-Ga复合材料的压缩断裂强度和断裂应变随Fe-Ga含量增加而增大,断裂方式由沿晶断裂转变为沿晶和穿晶的混合型断裂。烧结温度升高或Ni-Mn-Ga粒径减小,压缩断裂强度和断裂应变增大,当烧结温度为850℃、Ni-Mn-Ga粒径为20μm和Fe-Ga含量为15vol%时,压缩断裂强度和断裂应变分别达1970MPa和33%。 磁性测量发现,SPS烧结温度、Ni-Mn-Ga粒径和Fe-Ga含量对Ni-Mn-Ga/Fe-Ga复合材料的磁感生应变有影响。磁感生应变随烧结温度升高或Fe-Ga含量增加,先增加后减小,Ni-Mn-Ga粒径和Fe-Ga粒径接近时,磁感生应变较大。将Fe-Ga引入Ni-Mn-Ga合金中有效降低了磁场门槛值,当Fe-Ga含量为9vol%、Ni-Mn-Ga粒径为20μm、烧结温度为850℃时,磁场门槛值为0.35T,与未含Fe-Ga的SPS烧结Ni-Mn-Ga合金相比,降低了42%。磁场门槛值降低的主要原因在于:在外磁场作用下,Fe-Ga磁致伸缩产生应力协助外磁场驱动马氏体孪晶界移动。