1、课题来源与背景 本研究工作在已有的Ni-Mn-Ga形状记忆合金研究基础上，从Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金获得正、逆磁热效应入手，利用快速凝固熔体抽拉技术制备成具有超细晶的纤维减小磁滞损耗，并以此作为研究对象，重点围绕纤维的“磁滞损耗的尺寸依赖性”、“Fe掺杂对正、逆磁热效应的调控机理”和“超弹性与小尺寸效应的内置联系”等几方面展开。 2、研究目的与意义 利用熔体抽拉金属纤维液态成形技术制备成微米级纤维，优化液态成形技术参数和提高形状记忆效应的恢复应变率，在Fe掺杂的Ni-Mn-Ga合金中除了传统MCE以外，还存在逆磁热效应，即在结构相变处，同时存在着低磁场下的正磁熵变和高磁场下的负磁熵变，即正、逆磁热效应同时存在。这种同一温度处同时存在的正和逆磁热效应则非常有意义，能增加低磁场下的磁熵变值，就可有效降低驱动场，对磁制冷的实用化具有重要意义。 3、主要论点与论据 采用熔体抽拉制备微丝工艺，优化调整设备及试验参数，实现众参数的良好匹配，控制纤维的质量，制备表面光滑、高质量的金属纤维。经分析获得掺杂元素种类与各性能之间的内在联系及相互制约、相互影响的微观机制，结合热处理前后纤维微观结构获得晶粒尺寸对超弹性性能的影响规律。最终获得了微尺度金属纤维的超弹性与小尺寸效应的相关性。 结合零场冷、场冷和场热曲线，分析磁场作用的强弱对磁畴、磁矩和马氏体孪晶变体的磁结构耦合影响，获得了磁场对磁结构影响的规律。发现了纤维在同一温度出存在正负磁熵变，揭示了其形成室的物理机制为磁场对马氏体孪晶变体和磁矩耦合作用。 从等温磁化曲线计算出等温磁熵变。分析不同掺杂元素含量对应的磁熵变值与温度和磁场的关系，判断磁热效应的类型及正、负磁熵变的值。同时，研究等温场变与磁熵变的关系曲线，确定磁熵变符号的逆转情况，并分析了不同掺杂元素含量中正磁熵变和负磁熵变所占比例，增加低磁场下的磁熵变的数值。深入分析影响正、逆磁热效应的磁结构耦合在介观和微观尺度上的不同本质，进一步阐明了正、逆磁热效应的调控机制。 4、创见与创新 实现了热处理态纤维的完全超弹性，阐明了其形成原因是小尺寸效应导致缺陷密度的减小和自由表面增多。发现了纤维在同一温度处的正负磁熵变，揭示其形成的物理机制为磁场对马氏体孪晶变体和磁矩耦合的作用。 5、社会经济效益，存在的问题 该项目的完成突破了熔体抽拉成形技术的稳定性及质量调控等问题，解决了超弹性中存在较大残余应变问题，解决了大驱动场、高磁滞损耗等问题。对于磁制冷区间的扩展问题还涉及到多成分纤维的混合，还需进一步厘清纤维的交互问题。 6、历年获奖情况 无 7、成果简介 采用高真空电炉熔炼炉和熔体拉液成型设备完成了Ni-Mn-Ga和Ni-Mn-Ga-Fe合金锭和微丝的制备，并通过步进式有序化热处理去除了微丝内部形成的晶格位错和缺陷。利用扫描电镜场发射、XRD衍射仪结合EDS能谱分析仪对其微观结构和相结构进行了表征；用DSC差示扫描量热仪分析了微线的马氏体相变过程； 用Q800动态机械分析仪检测了微丝的超弹性。这个结果表明，铁掺杂可以细化晶粒，使相结构从母相转变为单个7m马氏体，减少马氏体变异体的数量，增加双晶体的迁移率晶粒边界。MT相变温度（MS）大幅增加马氏体相变（MT）过程通过其晶格中自由电子数量的增加。在超弹性（SE）试验中，两根微丝均表现出优越的SE曲线恢复能力，铁掺杂曲线表现出类似的“线性超弹性”特性，表现出更高的临界值，实验中的应力值和完整的SE。临界应力满足克劳修斯-克拉佩隆方程，与三元Ni-Mn-Ga微线相比掺杂Fe具有更高的温度敏感性。

齐齐哈尔大学

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