结    论 18

致    谢 18

1.绪论

1.1引言

形状记忆合金（SMA）是在外力作用下产生的形变在随后加热至逆相变温度以上时可以恢复的功能材料[1]。自1960年美国人Buchler在NiTi合金中发现形状记忆效应以来，这类合金已经广泛地应用于航空航天、工业、机械电子、生物医疗和日常生活等领域，并成为智能材料的主要组件，具有重要的应用前景[2]。

但是，由于它的应变恢复是建立在逆相变的基础上的，要实现逆相变过程就必须对该材料进行加热或者冷却，在实际中，冷却速度往往低于加热速度，为了迅速返回原状态，就必须用空气或者水进行强制冷却，这就意着其响应频率比较慢，也意着该过程损失的能量较多，性价比很低，因此，严重制约了该材料的广泛应用[3]。于是，人们把目光放在了磁致伸缩材料上，其响应频率很高，但其应变量太小，一般的铁磁性磁致伸缩材料仅有10-4%数量级，最好的磁致伸缩材料（Tb-Dy-Fe）在实验中得到的最大应变量也只有0.24%。因此这类材料在实际中应用也不是很广泛[4]。

近年来，人们发现了另外一种比较理想的，不仅具有良好的形状记忆效应，还有响应频率快，可控精准，大应力和高可逆应变输出等优点的新型形状记忆合金[5]。与磁致伸缩材料不同，磁致伸缩材料是通过磁场引发弹性形变而实现应变，不存在相变，这类合金的特点是磁和结构存在耦合，即在磁变化的同时存在相变。因此，该材料不需要为了维持材料的某种形状而持续施加磁场[6]。磁控形状记忆合金主要包括Ni-Fe-Ga，Co-Ni-Ga，Ni-Mn-X (X=Ga, In, Sn, Sb)。近几年来Ni-Mn-X合金由于更有望成为新型智能驱动的首选材料而倍受人们关注，其有望用在机器人和有源噪声控制等方面，是一种理想的新型智能驱动材料[7]。

磁性形状记忆合金既有传统记忆合金特有的热弹性马氏体相变，也有铁磁相和顺磁相之间的居里转变[8]。研究表明，铁磁形状记忆合金的磁致应变可以通过两种方法获得：第一、由磁场直接诱发从母相到马氏体的相变(类似于应力诱发马氏体相变)；第二、铁磁性马氏体在磁场作用下的孪晶再取向(类似于应力促使马氏体孪晶再取向，与传统的磁致伸缩机制无关)[9]。Ni-Mn-X系的Heusler合金同时具有铁磁性与热弹性马氏 体相变，形状记忆效应还可以由磁场控制。Ni-Mn-Ga合金是由磁场诱发马氏体孪晶 变体重排产生宏观应变，而Ni-Mn-In合金则是由磁场直接诱发马氏体转变来实现宏观应变[10]。目前Ni-Mn-Ga系列单晶具有很高的响应频率和可逆应变（响应频率达到103HZ，最大可逆应变达10%）；Ni-Mn-In-Co单晶室温下的应变达到了3%，输出应力达到了100多MPa。因此，Ni-Mn-In合金才是真正意义上的磁控形状记忆合金。其高输出应变和输出应力等优点使其更受人们的关注，但它也存在脆性大、磁驱动逆相变所需的磁场大及居里温度较低等缺点。因此，其应用也受到限制，需要更多的实验来研究其该合金[11]。

1.2 Heusler合金简介

1903年，德国人Heusler（哈斯勒）第一次报道了Cu2MnAl（Sn）高有序度合金。此后，人们便把这类高有序度合金称为Heusler合金，但其实质上并非合金，是一种具有立方L21结构的金属间化合物，空间群为 ，一般化学式为X2YZ。如图所示，X和Y为周期表中的Fe、Co、Ni、Cu等过渡元素，Z为杂化状态的s-p电子的B类IIIA–VA族的元素[12]。其结构可以理解成是由四个面心立方次晶格构成。它们沿对角线的方向相 互穿插，从而组成超点阵。这四个次晶格的构成原子分别为X、Y、X、Z，在对角线上的坐标分别为：(0,0,0)，(1/4,1/4,1/4)，(1/2,1/2,1/2) (3/4,3/4,3/4)[13]。