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γ-MnFe合金是典型的具有多功能特性的合金,从高温冷却时,依次发生反铁磁→顺磁转变和fcc→fct马氏体相变。反铁磁转变中出现的弹性模量反常变化,是发展恒弹性反铁磁材料的基础,其马氏体相变可以产生高阻尼性能和无相变滞后的双向形状记忆效应。反铁磁转变和晶格畸变的耦合,反铁磁畴间形成的微孪晶晶界,fct马氏体的孪晶界在外磁场下的运动将可产生磁驱动下的应变,显示磁控形状记忆效应。因此,研究反铁磁转变和马氏体相变的耦合机制,揭示反铁磁转变形成的微孪晶界和fct马氏体孪晶界在外磁场下运动的微观机理和澄清其物理本质将为反铁磁材料的实际应用和新一类的功能材料的开拓具有实际和理论方面的重要意义。
本文利用低频内耗仪强迫振动方法测量-50℃~250℃温度范围内,61.4at%~86.4at%Mnγ-MnFe合金的内耗和模量性质。实验结果表明从高温到低温内耗表现有3个峰,第1个峰在磁转变温度附近,第2个峰出现在马氏体相变温度附近,而第3个峰出现在0℃以下。利用改变振动频率,改变变温速率和应变振幅等手段,结合示差电阻法,示差热分析和透射电镜显微分析等手段研究这三个内耗峰的性质以及产生的机理,分析表明,第1个峰同应力下磁畴移动有关;第2个峰是fcc及fct相界面运动引起的;第3个峰与{101}孪晶界的驰豫过程有关。
结合热膨胀、电阻率等其他实验手段,研究了反铁磁性转变及伴随的物理性能反常变化,讨论了MnFe合金获得恒弹性的物理基础,对合金产生弹性模量反常和△E效应进行了理论阐述.
最后在不同的温度和成分范围内讨论了两个相变的耦合作用以及对合金性能的影响。结果表明,反铁磁有序引起的点阵畸变是使γMn基合金形成微孪晶,从而实现高阻尼的物理本质。相变耦合对温控形状记忆和磁控形状记忆效应有利,而对恒弹性性能不利。