本书聚焦Ni-Fe-Ga和Fe-Mn-Ga两类磁性形状记忆合金，系统开展晶体结构、相变行为、力学性能及磁性能的研究。全书共8章，首先概述智能材料与磁性形状记忆合金的发展背景、主要性能及研究现状，详细介绍合金制备工艺与中子衍射、差示扫描量热法、振动样品磁强计等测试手段；通过原位中子衍射技术，深入探究 Ni-Fe-Ga系合金的晶体结构（室温面心立方奥氏体、低温体心四方马氏体）、马氏体相变规律，以及室温与高温下的超弹性机制（室温为应力诱导马氏体相变，高温为受限马氏体成核）；进而分析Ni-Fe-Ga系合金的热变形宏观行为与组织演变规律；最后研究 Fe-Mn-Ga系合金在不同退火温度下的晶体结构转变与磁性能关联。为磁性形状记忆合金的成分优化、性能调控及工程应用提供了关键的实验数据与理论支撑。本书可供材料科学与工程、生物医学工程、航空航天等领域从事金属智能材料研究的科研人员、工程师及研究生阅读和参考。

第1章绪论 1
1.1概述 1
1.2晶体结构 3
1.2.1母相结构 3
1.2.2马氏体相结构 4
1.2.3第二相结构 6
1.3马氏体相变 7
1.3.1马氏体相变过程 8
1.3.2预马氏体相变 13
1.3.3中间马氏体相变 14
1.3.4应力诱导马氏体相变 15
1.3.5热弹性马氏体相变 16
1.4磁致应变 17
1.4.1磁性能 18
1.4.2磁致应变机制 22
1.5形状记忆效应与超弹性 24
1.5.1形状记忆效应 24
1.5.2超弹性 27
1.6元素掺杂对性能的影响 29
1.6.1Co元素对合金性能的影响 29
1.6.2微量元素对合金性能的影响 31
参考文献 33

第2章形状记忆合金制备与测试方法 48
2.1引言 48
2.2材料制备 49
2.3金相组织观察 52
2.4扫描电镜观察与成分分析 53
2.4.1样品制备与测试条件 53
2.4.2分析方法与过程 54
2.5相变温度测量 54
2.5.1差示扫描量热法（DSC） 54
2.5.2电阻法（ERT） 55
2.5.3应用负载法 55
2.5.4动态机械分析（DMA） 55
2.5.5其他方法 55
2.6透射电镜结构观察 56
2.7磁性能测量 57
2.7.1测量原理与物理基础 58
2.7.2仪器配置与实验方法 58
2.7.3实验目的与数据分析 59
2.8差示扫描量热测试 60
2.8.1样品制备与实验参数设定 60
2.8.2相变温度确定方法 60
2.8.3数据分析与可靠性保障 61
2.9热模拟过程 61
2.10飞行时间中子衍射技术 62
2.10.1中子衍射简介 63
2.10.2中子衍射特点 64
2.10.3中子衍射设备及数据分析 66
2.10.4中子散射-原子对分布函数 69
参考文献 70

第3章Ni-Fe-Ga（Co）合金相变的原位中子衍射研究 73
3.1引言 73
3.2实验材料与方法 73
3.3实验结果与分析 74
3.3.1Ni-Fe-Ga（Co）晶体结构 74
3.3.2Ni-Fe-Ga（Co）马氏体相变 76
3.3.3Ni-Fe-Ga（Co）的原子对分布函数曲线 78
3.4本章小结 80
参考文献 80

第4章Ni-Fe-Ga（Co）合金室温超弹性 83
4.1引言 83
4.2实验材料及研究方法 84
4.2.1Ni-Fe-Ga（Co）合金原位压缩中子实验 84
4.2.2通过GSAS进行数据分析 84
4.3实验结果与分析 84
4.3.1Ni-Fe-Ga（Co） 合金的室温超弹性特征 84
4.3.2应力诱导马氏体相变 85
4.3.3室温压缩循环的微观力学行为 92
4.4本章小结 95
参考文献 96

第5章Ni-Fe-Ga（Co）合金高温超弹性 98
5.1引言 98
5.2实验材料及研究内容 98
5.2.1Ni-Fe-Ga（Co）合金在573K的原位压缩实验 98
5.2.2数据分析 99
5.3实验结果与分析 99
5.3.1Ni-Fe-Ga（Co）合金在573K的超弹性 99
5.3.2573K下压缩循环的微观力学行为 104
5.4本章小结 110
参考文献 110

第6章Ni-Fe-Ga系合金热变形过程 113
6.1合金热变形宏观行为 113
6.2合金热变形组织演变 120
6.2.1Ni55-xFe18Ga27Cox（x=4，5，6）合金的相变特征 120
6.2.2Ni55-xFe18Ga27Cox（x=4，5，6）合金的显微组织分析 122
6.2.3Ni51Fe18Ga27Co4合金取向分析 134
6.2.4Ni55-xFe18Ga27Cox（x=4，5，6）合金断口形貌分析 137
6.3本章小结 138
参考文献 139

第7章Fe-Mn-Ga合金晶体结构及磁性研究 142
7.1引言 142
7.2实验材料及研究方法 142
7.2.1选取不同温度进行退火实验 142
7.2.2数据分析 144
7.3合金相变结构分析 144
7.3.1Fe-Mn-Ga晶体结构与精修 144
7.3.2Fe-Mn-Ga马氏体相变 155
7.4不同退火温度下的磁性能研究 156
7.4.1Fe46Mn26Ga28在不同退火温度下的磁性能研究 156
7.4.2Fe45Mn26Ga29在不同退火温度下的磁性能研究 158
7.4.3Fe44Mn26Ga30在不同退火温度下的磁性能研究 160
7.5Fe-Mn-Ga单晶结果分析 162
7.6本章小结 164
参考文献 165

第8章结论 167

智能材料作为支撑高科技领域发展的核心基石，正推动着功能材料与结构材料的边界融合，其中磁性形状记忆合金（MSMAs）凭借磁致应变、超弹性与磁热效应的协同优势，成为驱动器、传感器、磁制冷等领域的关键候选材料。传统Ni-Ti合金虽具备良好的形状记忆性能，但存在成本高昂、响应频率低、高温稳定性不足等局限，难以满足航空航天、极端环境等高端场景的需求。而Ni-Fe-Ga和Fe-Mn-Ga系合金，因独特的Heusler（哈斯勒）结构特征、可调的相变温度及优异的磁-结构耦合效应，逐渐成为新一代MSMAs的研究热点，其性能优化与机制揭示对智能材料的工程化应用具有重要意义。
当前，磁性形状记忆合金的研究核心聚焦于晶体结构与功能性能的构效关系、多场耦合下的相变机制及极端条件下的性能稳定性，仍面临诸多关键挑战：其一，近邻元素组成的合金晶体结构精确表征难度大，原子占位、有序度及第二相分布对相变行为的影响机制尚不明确；其二，高温超弹性的微观起源存在争议，应力诱导马氏体相变与受限马氏体成核的竞争关系亟待厘清；其三，缺乏热处理工艺对形状记忆合金相结构与磁性能调控规律的系统研究，成分偏析与第二相析出的作用机制尚未阐明；其四，传统表征手段难以实现相变过程的原位动态追踪，无法直观捕捉应力、温度等外场作用下的微观结构演变。
针对上述问题，本书创新性地采用飞行时间中子衍射技术，突破传统表征手段的局限，实现对合金晶体结构、原子占位及相变过程的原位精准观测。通过系统研究 Ni-Fe-Ga系合金的晶体结构与相变行为，明确了室温与高温超弹性的微观机制；深入分析Ni-Fe-Ga系合金的热变形行为，揭示了掺杂与热加工工艺对组织演变及力学性能的调控规律；通过采用不同退火温度处理Fe-Mn-Ga系合金，阐明了相偏析与第二相析出对磁性能的影响机制。本书的研究成果不仅为MSMAs的成分优化、性能调控提供了关键实验数据与理论支撑，更建立了“成分—工艺—结构—性能”的全链条关联，为高性能MSMAs的设计与开发提供了新的思路与方法，对推动智能材料在极端环境、高端制造等领域的应用具有重要的科学价值与工程意义。
本书由佳木斯大学杨慧、王涛、邸可新执笔完成，课题组研究生在资料收集整理和排版校对等方面作出了贡献，在此一并感谢。其中，第1章和第4章由王涛编写，共计约8.1万字；第2章和第5章由邸可新编写，共计约5.2万字；第3章、第6章和第7章由杨慧编写，共计约8.4万字。全书由杨慧负责统稿。本书彩图可扫描二维码查看。
本书的编写工作得到了国家自然科学基金（52101222）、黑龙江省自然科学基金（LH2024E020）的资助。
由于著者水平有限，书中难免有不足之处，敬请各位读者朋友批评指正。

著者