热处理对Ni53Ga27Fe15Co5形状记忆合金阻尼性能的影响

　　铁磁形状记忆合金(FSMA)结合了传统形状记忆合金与磁致伸缩材料的优点，响应频率快，可以把磁能转化为机械能，极大地拓展了形状记忆合金的应用前景，已成为功能材料领域的研究热点[1]。作为新型传感器材料和驱动材料，这类合金在航空、航天、声纳和机器人等领域展现出了良好的应用前景。其中Co-Ni-Ga[2]、Ni-Mn-Ga[3]以及Ni-Mn-Al[4]等合金系近年来受到广泛关注。Ni-Fe-Ga合金是由日本科学家Oikawa等[5]首次制备出，该合金具有很好的热弹性马氏体相变和形状记忆效应，并且有很好的延展性， 同时解决了Ni-Mn-Ga合金脆性大的缺点[6]。钴元素部分取代铁元素可以降低马氏体相变温度，提高合金的阻尼值[7]。文献[8]研究了时效对Ni-Ga-Fe-Co系合金的阻尼性能的影响。为进一步研究热处理对合金的影响，本文探讨了淬火+退火热处理对Ni53Ga27Fe15Co5铁磁形状记忆合金阻尼性能随温度、应变振幅及频率的变化关系。

　　1 试样制备与试验方法

　　实验合金选用高纯(纯度高于99.9%)镍、镓、铁和钴为原料，在高频感应真空熔炼炉中熔炼Ni53Ga27Fe15Co5(原子分数，%)合金，并用石英管负压提拉制备出准10mm×100mm圆柱状铸锭，随炉冷却至室温(熔炼和提拉过程都在氩气气氛中进行)。将部分试样升温至900℃放入冰水混合物(0℃)淬火，随后在管式气氛保护炉中加热到700℃恒温4h后随炉冷却。将铸锭以及热处理后试样线切割制备出准12mm×5mm的金相试验试样、45mm×2mm×1mm的阻尼试样、2mm×2mm×2mm 的差热分析(DSC)试样和10mm×10mm×2mm的物相分析(XRD)试样。金相试样用化学法进行腐蚀，使用WV-CP410/G型光学显微镜观察显微组织。采用X射线衍射仪(XRD)对合金进行物相分析。以差示扫描量热仪(DSC)来观察合金的相变。采用LMA-1型低频力学谱仪测试系统，在强迫振动模式下测量试样的阻尼性能，实验的应变振幅为3.0×10^-5～6.0×10^-4，频率为3×10^-3～6×10^-3Hz，氩气保护下升温和降温范围为20～250℃，升降温速率均为1.5℃/min。

　　2 结果与讨论

　　2.1 合金的显微组织、物相组成和相变分析

　　由图1可看出，铸态合金主要是板条状马氏体组织，热处理后合金在室温下的组织几乎全变为板条状马氏体组织，且较铸态合金马氏体更为粗大。由于铸态合金非马氏体部分的硬度(223.36HV)较马氏体部分(311.8HV)的要低，作者判断铸态合金非板条状马氏体部分是残余的奥氏体。

　　由图2的XRD图谱可以看出，合金在热处理过程中FeNi3相、Ga3Ni2相消失，CoGa3相成分变少，新出现了Ga4Ni3相和(Fe，Ni)固溶体相。