Mn-Ni-Ge合金应变玻璃转变微观机制的研究

MnNiGe, a typical magnetic MM′X intermetallic compound, is a research focus of multi-functional magnetic material. When the composition adjustment of MnNiGe alloy is out a certain range, conventional martensitic transformation does not occur, instead local strain ordered domains are frozen to strain glass by strain coupling. In this study, (MnxNi1-x)2-yGe1+y、Mn1-xFexNiGe and MnFexNi1-xGe alloy system will be chosen as research object. Component, structure and atom occupancy of the local strain ordered domain, and orientation relationship and interface characteristics between the domain and the parent phase will be determined in atomic scale, by using HRTEM combining with high spatial resolution EDS, EELS, HADDF and nano-beam electron diffraction. The evolution of the strain ordered domains in the strain glass transformation will be researched by temperature-change XRD and synthetical electronic microscopy, and further the early nucleation, growth and freezing mechanism will be determined.The achievements of this research will enrich phase transition theory of MM′X material whose parent phase have hexagonal structure, and provide a experimental and theoretical basis for revealing the essence of strain glass phenomenon.

MnNiGe是一种典型的磁性MM′X金属间化合物，是多功能磁性材料的研究热点。当对MnNiGe进行成分调整并超出一定范围时，在降温过程中不再发生常规马氏体相变，而是局域应变有序畴通过应变矩的耦合冻结，形成应变玻璃态。本项目拟选取(MnxNi1-x)2-yGe1+y、Mn1-xFexNiGe和MnFexNi1-xGe合金体系，采用高分辨电子显微分析结合高空间分辨率能谱、电子能量损失谱、扫描透射高角度环形暗场技术及纳衍射技术，从原子尺度确定应变有序畴的成分、结构和原子占位，确定畴与母相的晶体学取向关系和界面特征。采用变温X射线衍射和综合电子显微分析方法，研究在玻璃转变过程中应变有序畴的演化情况，确定其早期形核、长大和冻结机制。本项目的研究成果将丰富母相为六方结构MM'X材料的相变理论，并为揭示应变玻璃现象的本质提供实验和理论依据。

MM'X六角结构磁性马氏体相变材料作为新兴的材料体系，近年来倍受关注。该项目以属于MM'X体系的Mn1-xFexNiGe和Mn1-xFexCoGe合金为研究对象，采用高分辨电子显微分析（HRTEM）结合高空间分辨率能谱、高角度环形暗场扫描透射技术（HAADF-STEM），以及高分辨透射电镜的原位冷却实验方法，主要研究了随替代原子Fe含量的增加，合金的室温晶体结构及其应变玻璃转变行为。.针对Mn1-xFexNiGe体系，研究发现，x=0合金在室温具有TiNiSi型马氏体结构；x=0.11合金在室温已发生了部分马氏体转变，为两相共存组织；x=0.16，0.4，0.5，合金室温组织主要为Ni2In型六角结构奥氏体，同时在基体中分布大量片状纳米尺度局域应变有序畴，微畴以{001}A为惯习面，沿<010>A伸长，厚度方向平行于<001>A。经-173℃长时间冷却，其尺寸并未发生变化，但其数量有所增加。其中较为粗大的微畴，具有四方马氏体结构，并与基体保持特定晶体学取向关系：[100]A//[001]M，(011)A//(200)M。可见，随着Fe含量的增加，Mn1-xFexNiGe体系宏观马氏体相变消失，体系中形成了大量局域应变有序畴，但由于相变热力学驱动力微弱，使得局部应变有序畴无法长大为长程应变有序变体，而仅以短程应变有序低尺度马氏体相存在。从微结构组成上讲，体系具备了应变玻璃的结构特征。该项目的研究不仅为Mn-Ni-Ge系具有玻璃转变行为的合金开发提供了直接的实验依据，也丰富了母相为六方结构MM'X材料的相变理论，对于磁性马氏体相变材料的应变玻璃现象本质的揭示提供了理论依据。.本项目在开展Ni2In型六角体系合金应变玻璃转变行为研究同时，拓展了Mn2+xNiGa（x=0，0.02，0.04，0.06）Heusler合金相转变行为的研究。主要内容包括：Mn-Ni-Ga合金室温微观组织结构特征；成分调整对合金微观组织结构的影响规律；时效热处理诱发的合金相变行为。该研究成果具有一定的创新性，首先通过系列电子衍射分析确定了Mn-Ni-Ga合金体系存在具有Ni2In型六角结构的MnNiGa相。此外，发现Mn2.04NiGa合金经623K/72h时效处理后，基体中沉淀析出纳米尺度MnNiGa相，同时伴随富Mn的马氏体板条出现，在同一马氏体板条内出现无调制结构与16M调制结构共存现象。