热处理对Ni_(50.3)Mn_(24.5)Ga_(25.2)单晶预相变特性的影响

　　引言

　　Heusler合金NiMnGa是金属间化合物，既具有铁磁性，又可发生热弹性马氏体相变，且马氏体相变应变量可由磁场控制，在马氏体相该材料还具有较大的磁感生应变[1-6]，除此之外，对于某些接近正配分比的材料，在马氏体相变前，也会发生一次相变，通常称为预马氏体相变。一般情况下预马氏体相变引起的宏观应变量相对马氏体相变引起的要小得多，但是预马氏体相变包含着非常深刻的物理机制，也是人们关注的重要问题之一。人们已进行大量的研究，如利用超声[7]、磁化强度[8]、中子散射[9]、X射线[8，10]和模拟计算[11]等手段进行了实验测量和研究，结果表明在预马氏体相变温度附近，材料的各种物理性质有明显的异常现象，如剪切弹性常数变小，TA2[η，η，0]横向声子模在η=0.33处明显变软，等等。电子显微镜观察的结果[12]发现，发生的预马氏体相变并非材料的晶体结构发生了变化，而是材料的晶格发生扭曲，整体结构仍保持着立方母相(奥氏体相)的晶格对称性，因此，预相变发生后形成晶格扭曲的预马氏体相。晶格的扭曲和材料内部的应力密切相关，而材料内部的应力可以通过热处理[13]来进行改变。本文在生长出能发生预马氏体相变合金Ni50.3Mn24.5Ga25.2的基础上，对其进行了不同温度下的退火及淬火等热处理，然后对热处理的样品进行了交流磁化率测量，以期考查热处理对预马氏体相变特性的影响，并分析产生这种影响的原因。

　　2　实验

　　制备样品的原料皆为纯度为99.95%的单质金属，Ni、Mn和Ga单质金属按Ni50.3Mn24.5Ga25.2的分子式配备，先用电弧炉熔炼成合金，然后再采用提拉法制备成单晶。单晶制备所用设备为MCGS"3设备，晶体生长过程中采用高纯氩气保护，单晶生长方向习惯规定为晶体的[001]方向。单晶生长参数为：生长速率15～30mm/h，籽晶杆转速30r/min。测量样品的交流磁化率时，所加的交变测量磁场大小为40A/m，所用频率为117Hz。升降温测量时，加热和冷却速率均为1.2K/min。

　　3　结果与讨论

　　图1是单晶样品升温过程中测量得到的交流磁化率随温度变化的曲线。

　　从实验曲线上可以看出，在142K附近，交流磁化率曲线发生一个突然向上的变化，这种变化是材料发生逆马氏体相变的标志。继续升温到219K(即TR标记处)，交流磁化率曲线发生一个向下的变化，随后又恢复到所谓“正常”状态。在TR处，交流磁化率曲线发生一个“v”变化，表明材料发生了一次相变，即通常所谓的预马氏体相变。继续升温到380K，交流磁化率曲线发生一个向下的突变，这是铁磁到顺磁的转变，380K即为材料的居里温度点。交流磁化率的结果表明所研究的材料除发生了马氏体相变外，还发生了一次预马氏体相变。预马氏体相变的产生，根据之前的研究表明[14]，是由于在提拉法生长单晶过程中，因沿生长方向[001]的温度不同于与之垂直的方向[010]、[100]，定向凝固将在晶体内引入一定大小的取向内应力，该内应力干预了软膜凝结，导致了对应TA2软膜凝结的原子位移在某一晶体学方向上更易发生，产生了马氏体预相变。由图1还可看出此时的预马氏体相变还不甚明显，只是一个十分弱的一级相变。