形状记忆合金磁相变和磁卡效应的研究
磁性形状记忆合金Ni2MnGa第一性原理研究
0.322(Ni) 3.359(Mn) -0.074(Ga)
其他理论计算值 实验值
0.581(FLAPWGGA)
0.5822
0.5773(GGA)
0.5683(LSDA)
4.09(FLAPW-
4.17
GGA)
4.22(GGA)
3.92(LSDA)
0.37(Ni)
0.24(Ni)
3.36(Mn)(FLAPW 2.74(Mn)
（3） 态密度 图5 Ni2MnGa在奥氏体态下的总态密度和各原子相
应的态密度
结论：
(1)总态密度的低能部分（-10.36至-5.12ev）主要由 Ga的s和p态决定，而高能部分的态密度（-5.12至 4.83ev）主要由Ni和Mn的d态决定。
(2)总态密度的自旋向下部分以费米能级（这里为0ev） 为界有两个峰值。高能部分的峰值主要来源于Mn 的d态，低能部分的峰值主要来源于Ni的d态。
（2.2）
式中 M
i
是位置在
Ri
处的原子核的质 量，Z
i
，Z j
是原子
核所带电荷，m e 是电子的质量，ri ，rj 是电子所处的位置。
哈密顿量的第一项是原子核的动能项，第二项是电子
的动能项，后面三项分别是电子和原子核，电子和电
子，以及原子核与原子核之间的相互作用。
2.2多体问题的计算方法
2.2.1 非相对论近似 认为电子质量等于其静止质量，并认为光
谢谢大家！
即 H T V V ext
两类粒子组成的多粒子体系问题
多电子
体系问题
2.2.3 单电子近似
采用玻恩一奥本海默绝热近似后，相应的 薛定谔方程仍然是一个多体薛定谔方程， 所以需要进一步对它进行简化，以便得到 单电子的薛定谔方程。
磁性形状记忆合金
二、文献综述1.磁性形状记忆合金磁性形状记忆合金是既受温度控制的热弹性记忆效应，同时也具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。
磁性形状记忆合金具有很多优良的性能，如：高响应频率、大输出应力，磁致伸缩应变大等1，所以是一种理想的驱动和传感材料。
3. Heusler合金及其结构Heusler合金是在研究MSMA中研究最多的一种合金，也是现在备受关注的一类功能材料，具有独特的磁性、半金属性、磁性形状记忆效应，有着广泛的应用前景。
Heusler合金是1903年，德国人F.Heusler第一次报道两种金属间化合物的磁性，这两种化合物是Cu2MnAl 和Cu2MnSn。
随后，英国人P. Webster 发表了一篇关于高有序度合金(Heusler 合金)的文章10Heusler合金是一种金属间化合物，通常具有L21性结构，化学分子式为X2YZ，Z则是周期表右边B类IV族，及其两边的III 族和V族的元素。
X、Y 可以是元素周期表中钪、钛、矾、铬、锰、铁、钴、镍、铜等3d 元素以及排列在它们所在列中下面的扩展的过渡族元素，共有约30个。
Heusler 合金可以看成由四个面心立方结构的亚晶格沿对角线四分之一相互交叉而成。
X 和Y原子占据（A，C）以及B位，Z原子占据D位。
其中ABCD的坐标分别为A (0, 0, 0), B ( 1/4,1/41/4 , ), C ( 1/2,1/2 1/2, ) 和D (3/4 3/4,3/4 , )图1.Heusler 合金晶体结构示意图1.2 Heusler合金的结构和开发潜力Heusler型合金是一种高度有序的金属间化合物，具有立方L21结构，空间群为Fm3m，一般化学分子式为X2YZ。
所谓高度有序的结构，是指多种原子（本工作是三种或四种）按照一定的晶格点阵，各自占据自己的特有位置所形成的高化学有序结构。
在冶金学上，Heusler合金属于β相合金，严格的结构特点如图1.1(a)所示。
形状记忆合金的性质,应用及效应机制
片状马氏体
板条马氏体
针状马氏体
马氏体相变：
它是母相奥氏体（碳在 γ－Fe 中形 成的间隙固溶体，面心立方 FCC 点阵） 转变为马氏体的过程。
可 以 恰 当 而 简 练 的 定 义 为“ 原 子 联 动 所 引 起 的 切 变 型 点 阵 相 变 ”。母 相 中 的 原 子，不是处在各自零散状态，而是在保
在逆相变过程中，由于两相之间的点阵对应关系单一，且相变时点阵应变非常 小 ，因 而 逆 相 变 时 母 相 变 体 完 全 固 定 不 变 。这 样 一 来 ，逆 相 变 时 必 然 选 取 原 位 向 的 母 相，所以在产生热弹性相变的合金中，形状记忆效应以完全可逆的形式出现。
条件（2）是理所当然的，因为滑移是不可逆过程。也就是说，如果在晶体中出 现 滑 移 ，由 滑 移 导 致 的 变 形 即 使 加 热 也 消 除 不 了 。热 弹 性 马 氏 体 相 变 发 生 的 不 是 滑 移 ， 而 是 另 一 种 基 本 的 形 变 机 制 — — 孪 生 。从 微 观 上 看 ，晶 体 原 子 排 列 沿 某 一 特 定 面 镜 像 对 称 。那 个 面 叫 孪 晶 面（ 孪 晶 是 指 两 个 晶 体（ 或 一 个 晶 体 的 两 部 分 ）沿 一 个 公 共 晶 面 构 成 镜 面 对 称 的 位 向 关 系 ， 这 两 个 晶 体 就 称 为 " 孪 晶 " ， 此 公 共 晶 面 就 称 孪 晶 面 ）。 即 实 际 上 它 是 由 位 向 互 为 孪 晶 关 系 的 两 种 马 氏 体 区 构 成 ，每 一 个 马 氏 体 和 母 相 点 阵 之 间 具 有 晶 体 学 上 等 价 的 特 定 点 阵 对 应 关 系 。这 种 具 有 点 阵 对 应 关 系 的 每 个 马 氏 体 称 为 对 应变体。
磁驱动形状记忆合金NiMnInCo马氏体转变与磁性能的研究
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1
磁驱动形状记忆合金 NiMnIn（Co）马氏体转变与磁性能的研究
§1.2
磁控形状记忆合金 NiMnGa 合金的发展概况
Ni-Mn-Ga 合金是最早发现的磁控形状记忆合金，对它的研究也最为深入和最具代表性，并且已实 现初步应用。在这里简单介绍一下 Ni2MnGa 合金的晶体结构、马氏体相变、影响合金主要物理参数的因 素等等。 1.2.1 Heusler 合金简介 Heusler 合金是 19 世纪初发现的，是一种高度有序的三元金属间化合物。金属间化合物是由金属 原子相互结合形成的化合物， 称其为化合物是由于金属原子之间键合具有部分共价键的性质， 使得原子 之间相互结合十分牢固，这一特点使其具有高熔点、高硬度、高耐磨性等优异性能，但也产生了脆性。 Heusler 合金一般为立方结构，空间群 Fm3m[23]，一般化学式为 X2YZ。Heusler 合金近 200 种，一直作为 金属间化合物中典型的材料来研究元素的磁性，在以往的研究中设计磁控 Heusler 合金时，X 多为 IB 族的 Cu、Ag、Au；VIII 族的 Pd、Pt、Rh、Ir 等贵金属元素；Y 为过渡族金属如 Mn、Fe、Nb、Ta、Ti、 Zr、Hf，其中尤以 Y 为 Mn 系研究的最多；而 Z 则常为 IIIA 族的 Al、Ga、In，IVA 族的 Si、Ge、Sn、 Pb 以及 VA 族的 Sb 等所谓的 S-P 元素。 Heusler 合金与许多典型合金的结构相关联， 若逐渐降低其有序 性， 即为 CsCl 性体心立方结构， 若 X 元素的一半为空位替代， 则成为 MgAgAs 性结构的半 Heusler 合金， 有着类似的物理特性， 且与立方 Laves 有着相应联系。 这种结构的变通性和构成元素 X、 Y、 Z 的多样性， 演化出该材料十分丰富的物理性质，如磁性、超导、巨磁阻、磁光效应、磁感生应变和形状记忆效应等， 这些都是目前国际上引人注目和正在积极开发的应用功能。 1.2.2 Ni2MnGa 合金的晶体结构及微结构 Ni2MnGa 属于 Heusler 型合金,是一种有序度很高的三元金属间化合物,母相奥氏体为高度有序的 L21 体心立方结构[24-26],是典型的 Oh (Fm3m)型空间点阵结构,如图 1 所示。由图 1 可以看出,L21 结构是
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种具有形状记忆效应的特殊金属材料，它可以在受力后发生可逆性的形状变化。
SMA主要由镍钛合金或铜铝合金构成，这些合金能够在经历塑性变形后，通过加热或受力去除负荷来回复原始形状。
形状记忆合金的形状记忆机理主要涉及两个相互作用的阶段：亚稳相和稳定相。
在低温下，形状记忆合金处于亚稳相，其晶格结构呈现出低对称性。
当合金受力或加热时，合金中的相转变发生，形状记忆合金进入稳定相。
在稳定相中，合金的晶格结构发生变化，具有高对称性，导致原子重新排列并引发形状记忆效应。
形状记忆合金的应用非常广泛。
在机械工程领域，形状记忆合金常用于制作形状可变的机械元件，如夹具、阀门和泵等。
通过控制合金的加热和冷却过程，可以实现对机械元件形状的精确控制和调节。
在医疗领域，形状记忆合金用于制作血管支架，即支持心脏和其他血管的金属网状结构。
这种支架在体内植入时具有一定的弹性，可以适应血管的形状和大小。
当支架进入到体温下时，形状记忆合金会发生相变，并恢复到原始形状，固定在血管内，起到支撑和保持血管通畅的作用。
形状记忆合金还应用于航空航天领域。
它可以用于制作航天器和卫星中的天线、支撑结构和导向装置等。
由于航空航天器常处于极端环境下，形状记忆合金的耐腐蚀性和高温性能使其成为理想的材料选择。
形状记忆合金的机理主要是基于其相转变的特点，通过控制温度和应力来实现形状的可逆变化。
它的应用范围涵盖了机械工程、医疗和航空航天等多个领域，具有重要的科学研究和工程实践价值。
磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理
磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理磁控形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁场作用下所表现出的低能量诱发相变、大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的特性，使之有可能成为土木工程结构振动控制理想的驱动与传感材料。
针对这一问题，论文通过描述MSMA材料的变形机制，以及磁场、应变、应力之间的函数关系，分析了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制应用中需要解决的问题，提出了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制领域中应用前景。
标签：磁控形状记忆合金；磁力性能；振动控制；本构关系1.MSMA变形机理磁控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。
磁控形状记忆合金的磁致应变可以通过两种方法获得[1]，一种是由磁场诱发从母相到马氏体的相变（类似于应力诱发马氏体相变），这种情况一般需要非常大的磁场，例如需要1.29T的磁场才能诱发合金的马氏体相变；另外一种是铁磁控马氏体在磁场作用下的孪晶变体再取向（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），这种情况需要的磁场比前者小得多，而且可以得到较大的应变量，例如在300K时，诱发Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金马氏体变体再取向得到9.5%的磁致应变，只需0.13T 的磁场。
所以有关铁磁形状记忆合金的研究大多采用第二种机制，可以利用较小的磁场获得较大的应变。
在高对称性母相中，马氏体成核所产生的应变主要是通过滑移或者变形孪晶变体界面的移动来消除（可以大大降低马氏体与周围区域的应变能）。
在有序合金中，与滑移变形相比，孪晶界面的移动不需破坏原子键，需要的能量较低，因此，孪晶界面的移动要比滑移更容易发生。
孪晶界面移动实现的孪晶变体的择优取向将产生较大的宏观应变。
磁控形状记忆效应的必要条件是马氏体的各向异性能大于孪晶界移动所需的能量，而且易磁化方向在孪晶界两边不同，在这种情况下施加磁场将在孪晶界两边产生Zeemna能的差异，这个能量差异对孪晶界施加压力，因而易磁化方向与外磁场方向相同的孪晶单变体将长大，磁场诱发孪晶界移动的结果是产生一个大的应变，这效应完全发生在磁控形状记忆合金的马氏体。
TiNiMo形状记忆合金的相变_形状记忆效应与力学性能研究
收稿日期:2003210231;修订日期:2004205218基金项目:总装预研资助项目文章编号:100026893(2004)0620611204Ti NiMo 形状记忆合金的相变、形状记忆效应与力学性能研究丁 振,刘福顺,李 岩,徐惠彬(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京 100083)Study on Phase T ransformation B ehaviors ,Sha pe Memory E ffects andMechanical Properties of TiNiMo Shape Memory AlloysDIN G Zhen ,L IU Fu 2shun ,L I Yan ,XU Hui 2bin(School of Materials Science and Engineering ,Beijing University of Aeronautics andAstronautics ,Beijing 100083,China )摘 要:研究了TiNiMo 形状记忆合金的相变特性、形状记忆效应和力学性能,结果表明:TiNiMo 合金存在一个R 相变,Mo 的加入降低了TiNi 合金的马氏体相变开始温度(Ms ),Ti 50Ni 48.5Mo 1.5和Ti 50Ni 48Mo 2.0合金的Ms 分别达到了-85℃,-103℃,这两种合金分别在8.51%和8.26%的预应变下获得了8.06%和7.71%的形状记忆效应。
Ti 50Ni 48Mo 2.0合金的屈服强度和抗拉强度分别为589MPa 和799MPa ,比Ti 50Ni 48Fe 2.0的相应强度分别高73%和31%,同时Ti 50Ni 48.5Mo 1.5的力学性能也较为优异,因而TiNiMo 合金是很有发展潜力的新型的记忆合金接头材料。
关键词:TiNiMo 合金;相变特性;形状记忆效应;力学性能;管接头中图分类号:V252;TG 139+16 文献标识码:AAbstract :Phase transformation behaviors ,shape memory effects and mechanical properties of TiNiMo shape memo 2ry alloys are investigated.It is found that a R phase transformation exists in TiNiMo alloy ,and the adition of Mo will lower the martensite start (Ms )temperature of TiNi alloy ,and that the Ms temperatures of Ti 50Ni 48.5,Mo 1.5and Ti 50Ni 48Mo 2.0alloys are -85℃and -103℃,respectively.The two alloys will gain 8106%and 7.71%shape memory effects under 8.51%and 8.26%pre 2strain ,respectively.The yield strength and breaking strength of Ti 50Ni 48Mo 2.0alloy ,measured to be 589MPa and 799MPa ,are 73%higher and 31%higher than the corres ponding strengths of Ti 50Ni 48Fe 2.0,respectively.Furthermore ,Ti 50Ni 48.5Mo 1.5alloy also exhibits excellent mechanical properties.Therefore TiNiMo alloys are very potential when used as new joint materialsK ey w ords :TiNiMo alloy ;phase transformation behavior ;shape memory effect ;mechanical property ;pipe joint TiNi 基形状记忆合金具有优异的记忆特性和超弹性、良好的力学性能、耐腐蚀性、生物相容性以及高阻尼特性,因而在航空航天、生物医用等领域获得了广泛的应用[1]。
形状记忆合金及其相变机制
形状记忆合金及其相变机制教学重点：9形状记忆效应9镍钛形状记忆合金及其相变9铁锰硅基记忆合金及其应力诱发马氏体相变形状记忆效应·形状记忆效应(Shape Memory Effect ,简称SME) :将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。
形状记忆材料●具有形状记忆效应的合金:形状记忆合金具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)。
●20世纪80年代先后在高分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形状记忆效应。
●具有形状记忆效应的材料统称为形状记忆材料形状记忆效应可分为3种类型：①单程形状记忆效应②双程形状记忆效应③全程形状记忆效应单程形状记忆效应：合金在高温下制成某种形状，在低温相时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。
图1 单程形状记忆效应图2 双程形状记忆效应●双程形状记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象，或称为可逆形状记忆效应。
●全程形状记忆效应：当加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状的现象（只能在富镍的Ti-Ni合金中出现）。
图3 全程形状记忆效应●普通的马氏体相变是钢的淬火强化方法，即把钢加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷却，钢转变为一种马氏体结构，并使钢硬化。
●大部分合金和陶瓷记忆材料是通过热弹性马氏体相变而呈现形状记忆效应。
形状记忆原理与马氏体相变奥氏体(A) 马氏体(M)图4 45＃钢淬火工艺曲线AM钢的马氏体相变不可逆冷却加热●热弹性马氏体：马氏体一旦生成可以随着温度降低继续长大，当温度回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来的母相状态，即马氏体随着温度的变化可以可逆地长大或缩小A M冷却加热热弹性马氏体相变可逆性过程s G Δ●弹性应变能以外的相变阻力(近似为定值)●母相转变为马氏体的化学驱动力()P M P M P M c nc s G T G G G →→→Δ=Δ+Δ+Δ()M P T G Δ→●母相转变为马氏体的驱动力MP nc G +Δ→●非化学驱动力(相变时新旧相体积变化产生的应变能)()P M M P c G T G G →Δ=−马氏体相变动力学：图5 马氏体相变驱动力与温度的关系TM cGM P ncG+Δ→sG ΔGT 0M SMs ——冷却时产生热弹性马氏体的起始温度M f ——冷却时转变的终止温度As ——升温时逆转变的起始温度A f ——逆转变终止温度温度马氏体低温相奥氏体母相As A fMsM f电阻图6随温度变化发生马氏体相变时电阻的变化降温升温热弹性马氏体随温度变化的相变过程图7 形状记忆效应机制示意图变体界面移动，相互吞食变形前后M 结构未变结构相同，位相不同的马氏体原子排列面的切应变图8 形状记忆合金晶体结构变化模型在T 0与Ms 之间的某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变。
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Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
Ni43Mn46-xCoxSn11合金
随Co含量的增加， As迅速升高 II型 TCA迅速升高
II型马氏体转变
Ni43Mn46-xCoxSn11合金的磁相图
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
Ni43Mn46-xCoxSn11合金
Co的加入不仅提高了 转变温度，也提高材 料的磁熵变。
65 36 85 20
15 10 10 11
280 300 370 320
195 275 290 189
210 285 300 200
180 180 160 >As
II型 II型 II型 I型
几种Ni-Mn-Sn合金中的磁熵变的比较
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
巨大磁熵变的来源
低 有毒
1T 磁场 8.1
低 无毒
1T 磁场 7-10
低 无毒
1T 磁场 19
低 无毒
1T 磁场 9
低 无毒
热滞,磁滞,峰值温区窄, 是一级相变材料的共同的问 题。
一些稀土基合金中的磁相变和磁卡效应的研究
Dy(CoFe)2
Dy(Co1-xFex)2 （x=0,0.02,0.04,0.06,0.08） MgCu2类型 Laves相结构
马氏体转变特征温度：
马氏体转变开始温度Ms 马氏体转变结束温度Mf 奥氏体转变开始温度As
奥氏体转变结束温度Af
研究背景
形状记忆合金中的物理现象
形状记忆效应
T<Mf
变形 加热
T>Af
超弹性
研究背景
铁磁形状记忆合金的特征温度
铁磁形状记忆合金＝铁磁性＋形状记忆效应 M 马氏体相 M TC TCA 奥氏体相
Ni-Mn-In和Ni-Mn-Sb铁磁形状记忆合金磁热效应
Ni45.5Mn41.5In13合金
T = 250 K
磁场变化: ΔB= 1 T
最大磁熵变:
ΔSM(max) = 8.1 J/kgK
Ni45.5Mn41.5In13合金在0.5 T和1 T下的磁熵变
Ni-Mn-In和Ni-Mn-Sb铁磁形状记忆合金磁热效应
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
Ni50-xMn39+xSn11合金
x在4.5和7.3之间，II 型马氏体转变 200－270K ，1T磁 场 7－10J/kg.K
Ni50-xMn39+xSn11(x=5,6,7)合金在1 T下的磁熵变
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
磁制冷工 质成本
3d过渡族 基合金
研究背景
如何得到巨大的低场磁热效应
衡量材料磁热效应的物理量：等温磁熵变 ΔSm和绝 热磁温变ΔTad 磁场 大 B M
m 0 B
S dB T
T T C
B ad 0
B,p
M dB T CB,p
进一步的工作正在进行 中
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
马氏体转变温度和价电子浓度e/a的关系
价电子浓度： Sn(5s+5p),3d金属 (4s+3d) As随e/a线性增加 斜率不同，e/a不是唯 一因素，应考虑元素 的原子半径，电负性， 原子之间的电磁相互 作用等因素
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
ΔQ
T-ΔT
T
S
N
研究背景
磁制冷机
Gd球
超导磁体
3 kg 20%-60%
效率
制冷功率 200 W-600 W
Gd
在1.5T下ΔT = 4.5 K 在5.0T下ΔT = 11 K
研究背景
磁制冷材料
磁制冷机由主要三个部分组成：磁场源，磁制冷工质， 蓄热器。
磁场源成本 NdFeB永磁体 (<2T) 磁制冷工质的 低场的磁热效 应
随着Fe含量的增加 å逐步变大
Dy(Co1-xFex)2 的XRD
一些稀土基合金中的磁相变和磁卡效应的研究
Dy(CoFe)2
Dy(Co1-xFex)2 在0.1T下的热磁曲线
一些稀土基合金中的磁相变和磁卡效应的研究
Dy(CoFe)2
Arrott曲线是用来判断是否存在变磁性行为的常用手段，如果居 里温度附近存在变磁性行为，我们可以在Arrott曲线上观察到一 个负的斜率或者Arrott曲线呈S形
Ni-Mn-In和Ni-Mn-Sb铁磁形状记忆合金磁热效应
Ni50-xCoxMn39Sb11合金
T=288K ΔB= 1 T
最大磁熵变: ΔSM(max) = 9J/kgK
Ni41Co9Mn39Sb11合金在1T下的磁熵变
Ni-Mn-X铁磁形状记忆合金与其它磁制冷材料的比 较
材料
Gd
性能
GdSi2 Ge2 278
Ni43Mn46-xCoxSn11合金
II型马氏体转变
Co Ni43Mn46-xCoxSn11合金的热磁曲线
增 加
As随着Co含量的增加 迅速增加
热滞＝10 K
Co提高TCA
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
Ni43Mn46-xCoxSn11合金
Ni43Mn46-xCoxSn11合金的DSC曲线
研究背景
铁磁形状记忆合金在马氏体相变附近的一些物理性质
温度
磁 热 效 应
结构 电阻
变磁性行为
磁场
磁化强度
研究背景
铁磁形状记忆合金在马氏体转变附近的磁熵变
2004年，Sutou等人发现新的铁磁性状 记忆合金Ni-Mn-X （X=In,Sn,Sb)合金， 具有Ⅰ型马氏体转变。 2005年，Nature Materials上报道在 Ni-Mn-Sn材料的Ⅰ型马氏体转变附近发 现巨大的磁熵变（1T 3J/kg.K, 5T 18 J/kg.K) Ⅱ型和Ⅲ型马氏体转变附近具有更大的 磁熵变 Ⅰ型
B,p
M T
大
一级相变材 料 金属材料
小
研究背景
几种著名的高温磁制冷材料
B: 0--2 T
MnAs
30 25
La(Fe0.89Si0.11)13H1.3 Gd5Si2Ge2
Fe49Rh51
- Sm (J/kgK)
20 15 10 5 0 270
MnFeP0.45As0.55
Gd
280 290 300 310 320 330
Ni50Mn50-xSnx合金的相图
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
Ni50-xMn39+xSn11合金
X=5,6,7，Ⅱ型马氏体转 变
TCM<AS<TCA 热滞＝10K
Ni50-xMn39+xSn11(x=0,5,6,7)合金中热磁曲线
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
Ni50-xCoxMn39Sb11合金
Co 增 加
Co替代Ni降低了马氏 体转变温度。 原因：e/a的减小
Ni50-xCoxMn39Sb11 (x=5,7,9)在0.1T的热磁曲线
Ni-Mn-In和Ni-Mn-Sb铁磁形状记忆合金磁热效应
Ni50-xCoxMn39Sb11合金
Ni41Co9Mn39Sb11合金的磁化曲线
Ni50-xMn39+xSn11合金
Ni50-xMn39+xSn11(x=5,6,7)合金的DSC曲线
Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金磁相变和磁热效应
Ni50-xMn39+xSn11合金
IV型 II型 I型 随x增加，As线性减 小
TCA减小 TCM 基本不变 Ni50-xMn39+xSn11合金的磁相图
1.As<TCM<TCA 2. As<TCA<TCM
Ⅰ型 马氏 体转 变
研究背景
马氏体转变的分类
3.TCM<As<TCA
Ⅱ型 马氏 体转 变
研究背景
马氏体转变的分类
4.TCA<As<TCM
Ⅲ型 马氏体转变
研究背景
马氏体转变的分类
5.TCM<TCA<As 6.TCA<TCM<As
Ⅳ型 马氏体转变
研究背景
磁制冷
磁制冷是利用自旋系统磁熵变的制冷方式，是一种以磁性材 料为工质的全新的制冷技术。
优点: 效率高
噪音低
体积小 环保
研究背景
磁卡效应
磁制冷基本原理是 借助磁制冷材料的 磁热效应，即磁制 冷材料绝热磁化时 温度升高，而绝热 退磁时温度降低， 达到制冷目的。
T
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Ni45.5Mn41.5In13合金的热磁曲线
Ni-Mn-In和Ni-Mn-Sb铁磁形状记忆合金磁热效应
Ni45.5Mn41.5In13合金
Ni45.5Mn41.5In13合金DSC曲线
Ni-Mn-In和Ni-Mn-Sb铁磁形状记忆合金磁热效应
Ni45.5Mn41.5In13合金
Ni45.5Mn41.5In13合金在低场下的等温磁化曲线
Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的 磁相变和磁热效应研究
答辩人:
韩志达
导师：顾本喜 教授，都有为 院士
主要内容
研究背景 Ni-Mn-Sn铁磁性形状记忆合金的磁相变和磁热效 应 Ni-Mn-In和Ni-Mn-Sb铁磁形状记忆合金的磁热效 应 一些稀土基合金中的磁相变和磁热效应 总结与展望 发表文章
Ni-Mn-Sn合金影响磁熵变大小的因素