球磨Ni-Mn-X系Heusler合金粉体的结构相变与磁性(3)

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1.2.1 磁控形状记忆合金Ni-Mn-In合金

近年来国内外一些专家在实验中发现赫斯勒合金中一种不寻常的磁性形状记忆合金，该合金能从铁磁性的奥氏体相向反铁磁或顺磁的马氏体相转变，并能够确定磁场诱发逆转变。由磁场诱发的一个几乎完整的形状记忆效应在相转变中出现。这种新型合金打开了利用磁场诱发形状记忆效应的可能性[8]。

1.2.2 Ni-Mn-In合金的晶体结构及微结构

Ni-Mn-In合金也属于赫斯勒型合金，是三元金属间化合物, 并且原子的排列的有序度很高，母相奥氏体为L21体心立方结构，如图1.1所示。在Mn原子的旁边是距离最近的是Ni原子，其次是In原子，而Mn原子相互之间距离稍远。Mn原子之间的磁耦合作用是通过Ni、In提供的自由电子完成的。Ni-Mn-In合金中的马氏体是铁磁性马氏体，并且在晶体内存在孪晶变体[9]。

Ni-Mn-In合金的晶体结构

图1.1 Ni-Mn-In合金的晶体结构

Mn，In原子的占位容易发生错乱，互相占据对方在L21型有序结构中的位置。当原子的占位无序度较高时，合金就发生了由L21型向B2型的结构转变，成为CsCl型结构。Ni-Mn-In合金的母相是L21结构，在{111}晶面族有超点阵反射。合金的马氏体结构一般为单斜晶系结构，有10M、14M调制结构或其他非调制结构，具体随成分而定。图1.2是Ni-Mn-In合金马氏体相原子堆垛示意图。Ni-Mn-In合金马氏体的典型结构有单斜10M和14M晶体结构[10]。

图1.2 Ni-Mn-In 合金马氏体层错序列模型（a）基面（b）10M 马氏体（c）14M 马氏体

1.2.3 Ni-Mn-In合金的磁场诱发马氏体转变

在磁驱动形状记忆合金Ni-Mn-In中产生的马氏体相变是从铁磁的母相向反铁磁或顺磁的马氏体相转变的，并且在这些合金的马氏体状态下对实验样品施加变形，加磁场能直接诱发马氏体向母相奥氏体的逆转变，从而产生形状的恢复，产生形状记忆效应。

从NiMnGa合金的研究中发现，Ni2MnGa合金由于马氏体孪晶的再取向能够产生6%的磁致应变，但是由于磁晶的各向异性能受到限制在发生形状恢复时输出应力很小，只能产生3～4MPa的相变应力，离实际应用甚远。而Ni-Mn-In合金由于磁场能够直接诱发马氏体逆转变，在这个过程中能够产生100多Mpa的相变应力，远远高于NiMnGa合金，且伴随有很大的磁热效应[11]。

另外在Ni2MnGa合金中，外加磁场为2T时产生的磁场诱发马氏体转变过程中的温度变化在0.8K到1.6K之间，而在Ni-Mn-In合金中，7T的磁场下能够显著降低马氏体相变温度，温度差△T可达30K。这是由于外加磁场的变化(△B)与由此引起相变温度的变化(△T)之间的关系，符合克劳修斯一克拉伯龙方程。

根据方程可以看出，利用磁场诱发相变时，在马氏体相变过程中需要较大的△M和比较小的△S。只有符合这一情况时，在叠加小磁场下马氏体相变温度才能发生比较大的变化。Ni-Mn-Ga合金中，由于它的母相是铁磁性或顺磁性，马氏体是铁磁性的，在相变点附近的母相和马氏体相的磁化强度差△M不大，这个事实意味着对于Ni-Mn-Ga合金如果想要获得大的温度差，就需要非常大的磁场，而这在现实中往往是达不到的，也就是说在NiMnGa合金中是不可能出现磁场直接诱发马氏体转变的[12]。而Ni-Mn-In，Ni-Co-Mn-In合金中，由于它的母相是铁磁性的，马氏体相是顺磁性或反铁磁性的，在相变点附近的母相和马氏体相之间的磁化强度差△M比较大，所以需要的外加磁场较小就可达到大的相变温度差，从而确定磁场能够作为相变驱动力诱发马氏体转变[13]。