智能材料是一类具有感知温度、力、电、磁等外界环境并产生驱动(位移等)效应的重要功能材料,主要包括形状记忆、压电和磁致伸缩三大类材料。智能材料其在国民经济与国防领域关键部件和核心系统中有着重要应用,其研究水平严重影响国家的总体科技水平和现代国防实力。因此,智能材料已列入国家中长期科学和技术发展规划纲要。磁控形状记忆合金作为一种新型的智能材料,因具有磁感生应变(应力)大,反应速度快等优异的物理特性和巨大的开发潜力,成为目前国际金属材料领域广泛研究的热点之。中子衍射技术是一种具有较高分辨率和高穿透性的材料表征手段,可以系统研究材料在如高温、低温、磁场、高压等各种环境条件下晶体结构及微观结构的演变,其很强的原位研究能力在材料领域备受瞩目。此外,中子衍射技术对元素周期表中近邻元素组成的材料结构具有较高的敏感性。因此,原位中子衍射实验对含有Ni、Fe、Mn、Ga、Co等近邻元素的合金在多场耦合作用下的晶体结构演变研究具有巨大优势。本论文利用中子衍射技术研究在多场耦合条件下Ni-Fe-Ga-Co和Fe-Mn-Ga两种类型磁控形状记忆合金的晶体结构演变及其与功能行为的关联性,解释磁/力致马氏体相变,超弹性行为及磁致相变的物理学本质,为建立多场作用下磁控功能材料的功能行为的物理模型提供直接的晶体学证据,并为今后磁控功能材料的发展提供指导和依据。利用中子衍射对元素周期表中近邻元素组成的材料结构敏感的优势,得到非化学计量比的Ni49.3Fe18Ga27Co5.7成分合金的原子占位信息及晶格常数等信息。该合金在变温场中的原位中子衍射实验表明:降温过程中,该成分合金在240 K温度以上是具有面心立方结构Fm3m的L21型的奥氏体当温度冷却到220 K以下时,该成分合金的晶体结构逐渐转变成具有体心四方I4/mmm结构的马氏体,直至温度冷却到20 K,该成分合金的晶体结构并未发生再次变化;升温过程中该合金从体心四方的马氏体结构转变成面心立方的奥氏体结构,其转变温度在250 K附近,说明该合金存在可逆的形状记忆效应。在室温下对Ni49.3Fe18Ga27Co5.7合金进行原位压缩实验,在宏观应力超过170 MPa时发生马氏体相变,通过对中子衍射谱的分析,得到应力诱导马氏体相变过程中马氏体体积分数在加载阶段呈线性增长趋势,在卸载阶段马氏体体积分数呈现迅速减少的趋势。从而得到室温超弹性是由于应力诱导马氏体相变产生的。循环加载/卸载实验观察到应力诱导马氏体相变的临界应力随着循环周期增加逐渐降低。这归结于在加载过程中奥氏体产生的形变孪晶在卸载后不能完全恢复到初始位置,导致循环卸载后合金中出现残余应力。在573 K温度下对Ni49.3Fe18Ga27Co5 7合金进行单轴压缩实验,在外应力达到600 MPa时,合金具有3.55%的可回复准线性超弹性特征。这种新的高温超弹性现象是合金中Co过度掺杂引起的合金结构的堆垛层错,在外应力高于马氏体相转变临界应力形成的应力诱导受限马氏体相变。在高温下受限马氏体易于成核,其长大受到抑制,这与传统的高温超弹性由提高马氏体相变温度,产生应力诱导马氏体相变的形成机制有着本质区别。Fe(46-x)Mn26Ga(28+x)(x=0,1,2)合金经过均匀化后在室温下均具有面心立方(Fm3m)Heusler奥氏体结构,在室温下合金表现出顺磁性,在温度低于居里温度时表现为铁磁性。合金在1073 K进行热处理后,室温下不同成分合金均会生成相,且具有铁磁性;合金在773 K进行热处理后,室温下表现出相成分偏析,三种合金均形成成分相似的富Fe贫Ga相和富Ga贫Fe相,两相共同表现出铁磁性。可知不同热处理温度会引起Fe-Mn-Ga合金磁性能的改变。