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Heusler合金简介1903年，德国人F. Heusler[8]第一次报道了Cu2MnAl(Sn) 高有序度合金。此后人们以他的名字将这类高有序度的合金命名为Heusler（哈斯勒）合金。Heusler 合金由于历史原因一直被称为合金，但是严格的讲它并不是一种合金，而是一种金属间化合物。铁磁形状记忆Heusler合金的结构一般为立方L21结构，空间群为 ，一般化学式为X2YZ[9]。其结构模型见图1.1。其中X位的原子形成一个面心立方结构，Y和Z位原子分别形成正四面体。这种有序结构也可以看成是由四个面心次晶格沿着对角线方向相互穿插组成的。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)，( )，( )，( ) [10]。其中X多为ⅠB族的Cu、Ag、Au和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。67473
Heusler合金结构既具有变通性，又有多变性，拥有特殊的性能，比如磁性、超导、巨磁阻、磁感生应变这些应用功能日益引起国内外人士的注意和研究[11]。
2 Ni-Mn-In合金的晶体结构及微结构
化学计量成分的Ni2MnIn合金属于Heusler型合金，是三元金属间化合物，室温下为高度有序的L21型结构的母相(奥氏体相)，如图1.2所示。在Ni2MnIn晶体中，与Mn原子最近邻的是8个Ni原子，次近邻的是6个In原子，而Mn原子之间是第三近邻。Mn原子之间的磁耦作用是通过Ni、In提供的自由电子来完成的[12]。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[13]。
图1.2 Ni2MnIn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Mn、In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。调制结构是在晶体基本结构基础上，通过原子的有序排列、周期外延、层间错排、间隔偏聚或缺陷的规则分布等，产生附加的结构周期。Ni-Mn-In合金马氏体的典型结构有单斜10M和14M晶体结构[14]。图1.3是Ni-Mn-In合金马氏体相原子堆垛示意图。
图1.3 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
3 Ni-Mn-In合金的磁场诱发马氏体相变
马氏体相变是指替换原子通过无扩散切变，即原子沿相界面作协作运动，使其形状发生改变的相变。Ni2MnIn合金马氏体相变的主要特征为，X射线及电子衍射花样的突变、产生热效应、电阻率下降、表面浮凸等现象，因此该合金的相变属于一级相变。在磁控形状记忆合金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或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Ni-Mn-Ga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Ni-Mn-Ga合金，且伴随有很大的磁热效应[15]。