Co-V基Heusler合金的相穩定性及其磁致形狀記憶性能的研究

《Co-V基Heusler合金的相穩定性及其磁致形狀記憶性能的研究》是依託廈門大學，由劉興軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Co-V基Heusler合金的相穩定性及其磁致形狀記憶性能的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉興軍
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

Heusler磁致形狀記憶合金具有廣闊的套用前景，是近年來材料領域的研究熱點之一，但還鮮有Co基Heusler磁致形狀記憶合金的報導。本項目擬採用第一性原理系統地評估Co-V基Heusler合金中的相穩定性和馬氏體相變的可能性，並進行實驗驗證；通過相平衡實驗測定與熱力學計算，建立Co-V基Heusler合金體系熱力學資料庫。並對Co-V基Heusler合金中馬氏體相關結構、馬氏體相變及穩定性和磁致形狀記憶性能進行研究，揭示Co-V基Heusler合金中馬氏體相變和磁致形狀記憶特性的機理及影響因素。結合第一性原理和相平衡信息，對合金成分進行最佳化設計，闡明合金化和熱處理工藝等對Co-V基Heusler合金的結構、馬氏體相變及磁致形狀記憶效應的影響規律。通過本項目的研究，可拓寬Heusler磁致形狀記憶合金的體系，有望研發新型的Co-V基Heusler磁致形狀記憶合金。

結題摘要

本項目以設計和製備一體化為主要學術思想，研究Co-V基 Heusler 合金的相穩定性、磁學性能、馬氏體相變特性及形狀記憶效應。採用第一性原理計算，研究了Co2VX（X=Ga, Ge, Al, Si）化合物的結構參數，並在各體系中分別建立不同結構馬氏體形成能、磁矩和c/a的關係。研究測定了Co-V-Sn、Co-V-Ga等6個三元系在不同溫度時的相平衡，完善了Co-V-X（X=Ga, Ge, Al, Si, Sn）Heusler合金多元系的實驗相圖信息。利用CALPHAD方法，對Co-V-Sn、Co-V-Ga等三元系的相平衡進行了熱力學最佳化與計算，建立了Co-V-X（X=Ga, Ge, Al, Si, Sn）Heusler合金多元系熱力學資料庫。通過第一性原理預測，結合相平衡以及熱力學信息，成功實現了Co-V-Si、Co-V-Al等形狀記憶合金的成分與組織設計。通過製備具有良好結構特性、相穩定性、加工特性等性能的熱彈性馬氏體合金樣品，研究其溫度場誘發的形狀記憶效應和磁場誘發的形狀記憶效應。在Co-V-Si三元合金體系中發現了以Heusler相為母相的L21/D022馬氏體相變，確定了Heusler相成分範圍，得到在800℃左右的高溫下，施加7.1%殘餘應變後獲得最大3.1%可回復應變的Co63.5V17.0Si19.5單相合金。通過合金化添加Al、Ga、Dy和Gd等元素，得到具有高馬氏體相變溫度、高熱循環穩定性、優異力學性能等綜合性能的Co64V15Si17Al3.9Dy0.1、Co64V15Si17Al3.9Gd0.1、Co64V15Si17Ga3.9Dy0.1和Co64V15Si17Ga3.9Gd0.1合金。在Co-V-Al三元合金體系中發現了B2/L10馬氏體相變。在B2有序結構的相成分範圍內，相變溫度隨成分的不同在100～550℃範圍內可調，抗壓強度為300～1300MPa，延展性為6％～12％，最大可回復應變達到4.2％。因此，Co-V-Al合金體系是一種具有優良綜合性能的高溫形狀記憶合金體系。通過添加合金化元素，得到具有發展潛力的Co-V-Al基磁致形狀記憶合金體系。本項目中所製備的Co-V基高溫形狀記憶合金，具有成分範圍大，相變溫度範圍寬和形狀記憶效應好等優點，其研究結果對於豐富Co-V基合金中熱彈性馬氏體相變體系有著很好的理論價值和實際意義。