【摘 要】
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Ni-Mn-Ga铁磁性记忆合金在磁场作用下能够产生大的输出应变和高的响应频率,有望成为新一代的智能驱动与传感材料。过去二十年以来,人们针对与Ni-Mn-Ga合金成分相关的磁致记忆行为、微观组织结构和性能优化等各个方面展开了广泛、深入的研究。该材料的磁致应变来源于磁场作用下马氏体变体的再取向。Ni-Mn-Ga合金中马氏体的晶体结构、微观组织和晶体学特点对磁致应变性能有重大影响。该合金的调制马氏体和非
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Ni-Mn-Ga铁磁性记忆合金在磁场作用下能够产生大的输出应变和高的响应频率,有望成为新一代的智能驱动与传感材料。过去二十年以来,人们针对与Ni-Mn-Ga合金成分相关的磁致记忆行为、微观组织结构和性能优化等各个方面展开了广泛、深入的研究。该材料的磁致应变来源于磁场作用下马氏体变体的再取向。Ni-Mn-Ga合金中马氏体的晶体结构、微观组织和晶体学特点对磁致应变性能有重大影响。该合金的调制马氏体和非调制马氏体都具有磁性记忆效应,两者相比,非调制马氏体的热稳定性和韧性更好。本论文通过透射电镜观察和能量最小原理计算对Ni-Mn-Ga合金非调制结构马氏体的微观组织、晶体学以及界面结构进行了系统的研究,探讨了影响晶体学、界面结构乃至磁致应变的因素。随着温度的降低,Ni-Mn-Ga合金发生马氏体相变。相变后,马氏体一般有24个变体,为了降低相变过程中的总应变,这些马氏体变体以变体群的形式存在,共六组,每组变体群中存在四个变体A、B、C和D,它们组成三种变体对:矛状A-C、楔形A-B和叉形A-D。单个非调制马氏体由一对纳米级别、粗细不同的片层交替组成,它们成（11 2）复合孪晶关系。跨过变体界面的片层对有:粗-粗、粗-细和细-细片层对。对于变体对A-C和A-B,当细片层占变体体积分数λ≠0时,粗-粗片层对接近于（1 1 2）孪晶关系;粗-细片层对接近于（1 1 2）孪晶关系;细-细片层对为取向接近的两晶体。当λ=0时,细片层完全转变成粗片层,变体由粗片层组成,粗-粗片层对之间为（1 1 2）孪晶。对于变体对A-D,当λ≠0时,粗-粗、粗-细片层对为取向接近的两晶体;粗-细片层对接近于（1 1 2）孪晶关系。当λ=0时,粗-粗片层为取向相同的晶体。变体群内含有不同体积分数的马氏体变体可以认为是由单晶体通过一系列分层次的孪生形成。变体对A-C、A-B和A-D都是一种“微米孪晶嵌套纳米孪晶”的组态。单变体中,纳米孪晶内部和纳米孪晶界面上都存在具有台阶特征的孪生位错。分析表明,孪生位错为不全位错,柏格斯矢量约为1/8[1 1 1],该柏氏矢量是马氏体的晶格常数c和a的比值,c/a,的函数。A-C和A-B界面在λ较大时成波浪状,λ较小时为平直界面,λ=0为（1 1 2）共格孪晶界;A-D界面形貌一般是弯曲的,界面处片层之间存在一定交叉。实验观察表明,A-D界面迹线接近垂直于A-C和A-B的迹线。对A-C界面结构的研究表明,变体界面包含粗-粗、细-细和粗-细片层界面。粗-粗、细-细片层界面是对称或非对称倾侧晶界;对于λ较大,粗-细界面包含两个非对称倾侧的小平面,对于λ接近于零,它为对称倾侧晶界。A-C界面上存在晶格位错和错配位错,该界面处高密度的位错会阻碍界面的移动。理论上来讲,A-C界面的形成可以描述成孪生位错/孪晶面反应的结果。影响马氏体变体对内纳米孪晶晶体学取向关系以及变体界面结构的主要影响因素为体积分数λ和晶格常数的比值c/a。通过机械训练消除变体内部细片层（改变λ）和改变合金成分（降低c/a）是改善Ni-Mn-Ga磁性记忆合金非调制马氏体的磁致应变的有效方法
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