反鐵磁錳基合金的磁致伸縮效應及其機理研究

《反鐵磁錳基合金的磁致伸縮效應及其機理研究》是依託南昌大學，由彭文屹擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：反鐵磁錳基合金的磁致伸縮效應及其機理研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：彭文屹
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

相比於鐵磁性材料，反鐵磁合金的功能性和其實際套用是一個尚未被人們充分認識和完全開發的領域。本項目針對反鐵磁合金磁致伸縮效應的研究現狀，製備高錳的反鐵磁錳基合金，並通過熱處理、熱機械訓練、製備單晶等多種方法，由多晶、訓練織構及生長單晶等，在室溫條件下，不斷深入研究反鐵磁合金的磁致伸縮性能和機理，建立易磁化軸反鐵磁磁致伸縮效應的理論模型和及磁場、預應力與磁誘發應變的本構模型，探索反鐵磁磁致伸縮效應的共性和本質規律。本課題的研究不但為反鐵磁材料的實際套用提供理論基礎，還可進一步拓寬磁致伸縮效應的研究領域，並開發出新一類的、在室溫、低場下可實際使用的、無磁性的反鐵磁磁致伸縮材料，獲得具有重大影響的、原創性的和國際領先水平的高科技成果。

結題摘要

相比於鐵磁性材料，反鐵磁合金的功能性是一個尚未充分認識的領域。本項目通過熱處理工藝、熱機械訓練及定向凝固等製備反鐵磁MnCu基、MnFe基等合金，在室溫、多晶條件下，研究了這些反鐵磁合金的磁致伸縮效應、偽彈性及其機制。研究表明：Mn1-xCux(0.1≤x≤0.3)合金經過長時間固溶，在冷卻過程中出現fcc（γ）→fct（γ’）馬氏體相變，隨著錳含量升高，磁誘發應變性能（MFIS）更好。隨著時效時間延長，Mn70Cu30獲得最大的MFIS；當時效時間超過12h，合金中會析出大量的α相，使得MFIS差。Fe元素部分取代Cu元素也會發生γ→γ’轉變，在Mn80Cu18Fe2和Mn80Cu16Fe4合金中還會有α相和ε相析出。Fe含量的增大，合金反磁性轉變溫度(Neel點)升高，在室溫下為反鐵磁性；Mn80Cu16Fe4合金獲得最大MFIS在0.9T時達到90ppm。Mn70Fe25Cu5、Mn80Fe15Cu5、Mn85Fe10Cu5合金固溶處理後，Mn70Fe25Cu5為單一γ相，Mn80Fe15Cu5、Mn85Fe10Cu5均為為(γ+γ’)兩相結構。三合金室溫為反鐵磁體，Neel點隨時效溫度升高和時間延長逐漸下降但高於室溫。Mn70Fe25Cu5合金隨著時效溫度的升高，析出了大量的α-Mn，阻礙磁疇壁移動，MFIS降低。固溶時效後Mn80Fe10Ni10得到的是(γ+γ’)雙相組織。Mn70Fe20Ni10合金最大MFIS為42ppm。Mn80Fe10Ni10最大MFIS為65ppm。Mn85.5Fe9.5Cu5.0多晶經熱機械處理後，MFIS大大增加。熱機械壓縮應變為-1.2%試樣MFIS最好，有（200）面擇優取向。低磁場下，Mn85.5Fe9.5Cu5.0合金定向凝固過程中產生（200）方向織構，可進一步提高合金平行於磁場和垂直於磁場的MFIS，在預應變為-200ppm時，平行於磁場和垂直於磁場的MFIS分別達-4255 ppm和1254 ppm。對MnFe基合金的偽彈性能的研究表明：室溫下合金都有偽彈性，Mn51Fe49、 Mn78Fe17Cu5、Mn80Fe15Cu5的偽彈性隨著載荷的增大而升高。Mn85Fe10Cu5試樣當載入次數少時，偽彈性將隨著載入次數的增加而升高；當載入次數繼續增加時，合金的偽彈性下降。