应力和晶粒组织对磁畴动态特性的影响

近年新兴的磁光成像技术,特别是磁畴动态特性可视化技术,为评估铁磁材料的应力状态提供了一种新的磁检测方法。为研究应力和晶粒组织/晶界对磁畴动态特性的影响,通过磁光成像装置,观测取向硅钢片在施加不同的应力和外加磁场时表面磁畴结构的变化。结果表明:应力作用下,附加磁畴数量减少,从点状附加磁畴转变为长条状主磁畴,且应力增加会使主磁畴平均宽度减小,主磁畴完全翻转所需要的磁场减小;外加磁场作用下,可使磁畴向磁场方向转动,磁场强度的增加,使与外加磁场同向的磁畴面积增加。同时,晶粒组织结构和内部的各向异性,以及晶界处的能量和钉扎作用,都会影响磁畴结构和磁畴壁的运动状态。研究结果有助于理清铁磁构件的磁弹耦合效应和磁检测技术的微观物理机制,为提高应力评估的灵敏度和可靠性提供重要的科学依据。     

Co/Cu/Co纳米多层膜的铁磁耦合效应

采用洛仑兹电子显微镜研究了磁控溅射沉积制备的Cu(20 nm)/Co/Cu/Co纳米多层膜磁畴结构随铁磁层间耦合效应的变化. Cu中间层厚度较薄时, 由于铁磁层之间的耦合作用, 纳米多层膜为垂直易磁化, 磁畴为磁泡结构, 磁泡的平均直径随Cu中间层厚度的增加而减小, 多层膜矫顽力呈减小趋势. 当Cu中间层厚度大于3 nm时, 铁磁层之间的耦合作用减弱, 纳米多层膜为面内易磁化, 磁泡结构的磁畴消失, 全部为具有波纹状的接近180°畴壁的磁畴结构.     

地磁场中应力对磁畴组织的影响

研究了地磁场环境中应力对铁磁性材料磁畴结构的影响规律.利用Bitter粉纹法观察了未经磁化、受力程度不同的无取向硅钢片和20钢试件的磁畴结构,对比分析了应力对磁畴的影响.结果表明,铁磁试件应力集中部位的磁畴结构在应力作用下发生改变.未受力或应力集中较小时,晶粒内磁畴以片状畴为主,同一晶粒内畴壁相互平行,随着应力集中程度增加,畴壁长度和间距发生改变,并且磁畴结构出现迷宫畴,应力集中程度越大,迷宫畴数量越多.同时,拉应力和压应力对磁畴结构的影响规律不同.     

应力对铁磁构件磁畴组织的影响

地磁场环境中受载荷作用的铁磁试件,其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向。利用Bitter粉纹法观察了未经磁化、受力程度不同的无取向硅钢片和20号钢试件的磁畴结构,对比分析了应力对磁畴的影响。结果表明:无取向硅钢片和20号钢试件在未受力或应力集中较小时,晶粒内磁畴以180°畴、树枝状畴和剑状畴为主,同一晶粒内畴壁相互平行;随着应力集中程度增加,畴壁长度和间距发生改变,出现了迷阵畴Ⅰ型和迷阵畴Ⅱ型,且应力集中程度越大,迷阵畴的数量越多。     

静拉伸下铁磁材料磁畴结构的试验研究

在对铁磁平板试样进行不同载荷的静拉伸试验基础上,利用粉纹法观察该试样的磁畴形貌变化,对比分析相同部位在不同应力作用下磁畴组织的变化特征。试验结果表明：随着拉应力的增大,被观察部位的磁畴结构由180°片状畴逐渐转变为迷宫畴;且两组对比试验结果反映出的变化趋势相同。试验可为进一步进行磁记忆检测微观机理的研究提供直观的依据。     

Landau理论研究TiNi顺磁合金热/强磁场耦合下的马氏体相变

利用改进后的Landau理论模型研究了顺磁TiNi合金在热/强磁场耦合作用下的马氏体相变行为.利用第一原理计算了TiNi合金在不同相变剪切应变(序参量)下的Flermi面态密度,得到相变过程中磁化率和磁自由能的变化,把磁场效应引入到Landau模型中.结果表明,稳恒强磁场可使顺磁材料的相变温度(M6和T0)出现突变性的升高,这主要是因为相变驱动力随磁场增强而呈二次曲线上升规律.另外,因强磁场下马氏体变体之间的自由能差急剧增大,导致磁场对变体的促进和抑制作用变得明显,出现取向生长现象.在5 T稳恒强磁场下的TiNi合金相变实验中,利用TEM观察到了一些变体以相互垂直的二变体形式出现(即取向生长),证实了模型的结果.     

定向凝固铁磁形状记忆合金Co-Ni-Ga的择优取向及其组织演化

采用液态金属冷却定向凝固方法制备出Co-Ni-Ga取向晶体,并研究了不同晶体生长速度下,晶体的轴向择优取向及其定向凝固组织的变化.结果表明:在温度梯度为250 K/cm、晶体生长速度为0.9 mm/min时,柱晶具有完全的〈110〉取向,存在单变体马氏体并有麦穗状γ'相析出;当生长速度提高至9 mm/min时,合金试样为〈111〉 〈001〉 〈110〉混合取向,凝固组织转变为单一的马氏体板条.EDS表明,定向晶体沿稳定生长区轴向成分比较均匀,无明显宏观偏析存在.采用此方法能够获得比较长的稳定的马氏体单变体区,为制备铁磁形状记忆合金取向多晶材料提供了新思路.     

新型铁磁马氏体相变材料研究取得新进展

铁磁马氏体相变材料具有磁驱大应变、磁驱形状记忆、磁驱超弹性、大磁电阻、大磁熵变、相变相关霍尔效应、相变相关交换偏置等丰富的物理行为,成为当今凝聚态物理和材料科学的研究热点之一。在传统马氏体相变中,体系通过非扩散、位移型晶格切变而发生一级马氏体相变,其诱发因素通常为温度和应力。铁磁马氏体相变材料发生相变时,晶体结构和磁结构同时发生变化。如果两磁性相的饱和磁化强度差异（AM）较大,则可使得外磁场成为驱动马氏体相变的一个新物理量。因此,获得大的AM成为磁相变材料领域的一个重要研究目标。     

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga单晶的马氏体孪晶再取向应力应变行为

采用定向凝固区熔法制备了铁磁形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga23.5,Ni54Mn23Ga23和Ni50Mn27Ga23晶体.用线切割切取5 mm×5 mm×6 mm的长方体单晶,X射线极图法测定单晶体的生长方向与[100]方向相差小于5°.沿单晶试样的3个边分别进行压缩实验,研究马氏体孪晶再取向应力应变行为.结果表明,沿单晶生长方向为孪晶再取向最有利方向,孪晶再取向应力最小,仅为3-7 MPa.压缩能有效地提高马氏体变体的有序化和择优化,形成近单变体状态.     

磁驱动相变材料研究进展

磁驱动相变材料利用外磁控制下铁弹马氏体变体重排或磁诱导一级相变产生的形状记忆效应来捕获应变,兼具铁弹形状记忆与磁致伸缩功效特征。Heusler型Ni—Mn．X（X=Ga或In）系磁驱动相变合金材料具有磁感生应变大、能量密度高、反应速度快等优点,是未来重要磁传感器和磁驱动器研制的关键。主要介绍了国内外Ni-Mn-Ga、Ni-Co-Mn-In、反铁磁体等磁驱动相变材料的研究进展,以及本课题组利用高能Xx射线衍射和中子散射技术对磁驱动相变材料的原位研究。最后,展望了磁驱动相变合金材料的发展趋势。     

热处理工艺对制备粘结Ni52Mn24.4Ga23.6磁体的影响

采用真空感应熔炼法制备了多晶Ni52Mn24．4Ga23．6合金,用粉末压缩压制的方法制作粘结Ni52Mn24．4Ga23．6磁体;通过显微组织观察和差热分析(DSC)的方法研究了不同的浇铸方式和退火工艺对多晶Ni52Mn24．4Ga23．6合金铸锭组织和性能的影响。结果表明,缓慢冷却的合金液能得到晶粒粗大的合金铸锭;两步退火工艺能使合金铸锭具有确定的马氏体转变点,并促进马氏体变体的形核和长大。     

定向凝固Ni_(47)Mn_(32)Ga_(21)多晶合金的结构、相变及磁特性

采用定向凝固方法制备了Ni47Mn32Ga21多晶合金,通过XRD谱和金相照片研究合金的结构,通过对合金磁化强度与温度关系、电阻与温度关系、磁化曲线和磁感生应变曲线的测量分析,研究了合金的相变、磁化特性及磁感生应变特性。结果表明:Ni47Mn32Ga21合金在室温(298K)时为四方结构马氏体相,晶格参数a=b=0.593 8 nm,c=0.553 1 nm。合金的马氏体相变起始温度Ms和终止温度Mf分别为309 K和295 K,逆马氏体相变起始温度As与终止温度Af分别为306 K和319 K,居里温度TC为365 K。室温无压力下,Ni47Mn32Ga21合金有较好的双向可恢复磁感生应变,其饱和磁感生应变值达到-700×10-6。     

单晶Ni_(52)Mn_(24)Ga_(24)的磁感生应变和磁增强双向形状记忆效应

铁磁性Heusler合金Ni2 MnGa是近年开发的磁控制功能材料 ,已发现该材料结合马氏体相变可以产生大磁致伸缩 (磁感生应变 )和磁控制形状记忆效应两种应用功能。用磁悬浮冷坩埚提拉设备沿 [0 0 1]方向生长了组分为Ni52 Mn2 4 Ga2 4 的单晶。室温时沿该单晶样品 [0 0 1]方向加磁场 ,在该方向获得了 - 0 6 %的大磁感生应变。当磁场方向垂直于 [0 0 1]方向时 ,样品在 [0 0 1]方向的磁感生应变值为 0 5 %。同时该单晶样品在室温附近还具有可由磁场增强和控制的双向形状记忆效应。无磁场作用时 ,降低温度 ,样品在发生马氏体相变时 ,在 [0 0 1]方向产生1 2 %的收缩形变。随后升高温度 ,反马氏体相变时样品以同样的应变量膨胀 ,恢复到原来的形状 ,显示了特有的无需外应力协助的自发的双向形状记忆效应。其温度滞后只有 10℃。如果在样品的 [0 0 1]方向加一个偏磁场 ,其形状记忆的应变量随磁场的增强而增大。在磁场为 1 2T时可达 4%。而当磁场转向 [10 0 ]方向时 ,形状记忆的应变可以改变符号。本文指出产生大磁感生应变和磁增强双向形状记忆效应的关键是马氏体变体的择优取向。     

Formation of texture of Ni48Mn31Ga21 polycrystalline alloy by thermal simulation pack rolling technology

1 Introduction Heusler type Ni2MnGa magnetic shape memoryalloy, which is a new kind of functional material withferromagnetism and thermoelastic martensitictransformation, attracts the interests of many people allover the world in recent years. The alloy …     

Effect of external stress and bias magnetic field on transformation strain of heusler alloy Ni-Mn-Ga

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｈｅｌａｓｔｄｅｃａｄｅｓ ,ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｈａｖｅｂｅｅｎａｔｔｒａｃｔｉｎｇｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｅｍｅｒｇｅｄａｓａｎｅｗｃｌａｓｓｏｆａｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｓｓｈｏｗｉｎｇｖｅｒｙｌａｒｇｅｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｓｔｒａｉｎ ,ｓｈｏｒｔｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅ .Ａｓｆｏｒｓｕｃｈｍａｔｅｒｉａｌｓ ,Ｎｉ Ｍｎ Ｇａ ,Ｆｅ Ｐｄ ,Ｆｅ ＰｔａｎｄＣｏ Ｎｉｗｅｒｅｒｅｐｏｒｔｅｄ[19] .Ｎｉ2 ＭｎＧａ ,ａｓｔｈｅ…     

Activation of magnetic shape memory effect in Ni–Mn–Ga alloys by mechanical and magnetic treatment

Mechanical and magnetic training decreased considerably the twinning stress of five-layered modulated, approximately tetragonal martensite (5M) of Ni–Mn–Ga and Ni–Mn–Ga doped with Fe, and of seven-layered modulated, approximately orthorhombic Ni–Mn–Ga martensite (7M). Repeated compressions along two perpendicular directions of single crystal specimens of 5M and 7M reduced the twinning stress approximately threefold. Further reduction of twinning stress of 7M was achieved by the rotation of the specimen in 1 T magnetic field several times. The training resulted in the appearance of the magnetic shape memory effect or giant magnetic-field-induced strain in agreement with a simple energy-based model of the effect. The origin of the decrease in twinning stress is discussed.     

Fabricating Ni–Mn–Ga microtubes by diffusion of Mn and Ga into Ni tubes

Tubes of the ferromagnetic shape-memory alloy Ni–Mn–Ga of composition near the Ni₂MnGa Heusler phase can be used, alone or combined in structures, in magnetic actuators or magnetic refrigerators. However, fabrication of Ni–Mn–Ga tubes with sub-millimeter diameter by classical cold or hot drawing methods is hampered by the brittleness of the alloy. Here, we demonstrate a new process, where Ni–Mn–Ga tubes are fabricated by interdiffusion of Mn and Ga into drawn, ductile Ni tubes with 500 and 760 μm inner and outer diameters. After interdiffusion and homogenization of Mn and Ga at 1000 °C for 24–36 h, Ni–Mn–Ga tubes with ∼300 and ∼900 μm inner and outer diameters were obtained with homogeneous radial composition distribution, independently of the diffusion sequences (i.e., Mn and Ga diffused sequentially or simultaneously). Longitudinal composition was uniform over lengths of ∼1 mm, but variable over longer length due to incomplete process control. For two of the three diffusion sequences, a sizeable (20–80 μm) region exhibiting Kirkendall pores formed at the outer surface of the tubes. Magnetization values as high as ∼60 emu/g were measured, which is comparable to the magnetization of the Ni₂MnGa Heusler phase. X-ray diffraction on the tube with the highest magnetization confirmed the room-temperature structure as cubic austenite.     

Ni52Mn21+xGa27-x(x=0-5)磁性形状记忆合金的相变

研究了非化学计量成分的多晶Ni52Mn21+xGa27-x(x=0-5)系列合金的热弹性马氏体相变和磁相变.合金的马氏体相变温度Ms随Mn含量的增加而升高,当x＞4时,Ms已经升高到室温以上,而马氏体相变滞后△T随z的增大而减小;合金的磁相变温度TC随z增加而升高,但变化范围不大,在z＞2后,Tc保持在348 K左右.实验获得了一种具有实用前景的合金成分--Ni52Mn25Ga23合金,其马氏体相变温度在室温以上,相变滞后仅为5 K.     

磁性形状记忆合金Ni54Mn21Ga24.75Sm0.25的马氏体相变研究

本文通过内耗和交流磁化率，研究了多晶合金Ni54Mn21Ga25的马氏体相变特征，分析了稀土元素Sm对合金中间马氏体相变影响。研究结果表明，添加Sm使合金Ni54Mn21Ga24的马氏体相变温度提高到室温以上，并且降低了合金的温度滞后，在低磁场下Sm对合金磁感生应变影响不大。     

Microstructure and nanomechanical properties of Mn-rich Ni–Mn–Ga thin films

We report the effect of post-annealing on the crystalline phase, grain growth, magnetic and mechanical properties of Ni–Mn–Ga thin films deposited at room temperature followed by post-annealing at different temperatures. The phase and microstructural analysis reveal that amorphous to crystalline transformation occurs in as-deposited films after post-annealing above 873 K. The transformation of disordered phase into nanocrystalline phase by the influence of annealing has been confirmed by transmission electron microscopy. The crystalline films exhibit soft magnetic behavior with the Curie temperature of 314 K, while the amorphous films exhibit the Pauli-paramagnetic behavior even down to 4 K. The mechanical properties like hardness and elastic modulus of the films also show a strong dependence on the annealing temperature with crystalline film exhibiting maximum values of 6 GPa and 103 GPa, respectively. The Ni–Mn–Ga film annealed at 873 K exhibits enhanced nanomechanical properties and room temperature ferromagnetism which make this a potential candidate for use in MEMS devices.