锰铁替代对Ni50 Mn36-x Fex In14 磁性形状记忆合金相变与微观结构演变的调控机制及功能性能优化研究

研究人员针对Ni-Mn-In基Heusler合金室温磁致应变(MFIS)性能不足的问题，通过Mn→Fe替代系统研究了Ni50 Mn36-x Fex In14 （x=0-3）合金的相变行为与微观结构演变。发现Fe掺杂可抑制马氏体相变温度并增强磁滞效应，在x=1组分中实现0.25%的可逆MFIS，结合AFM/SEM首次揭示了表面孪晶对应变恢复的关键作用，为开发室温磁功能材料提供了新思路。

　　

在智能材料领域，Ni-Mn基Heusler合金因其独特的磁-结构耦合效应备受关注。这类材料能在磁场或温度刺激下发生马氏体相变（Martensitic Transformation），产生磁致形状记忆效应（Magnetic Shape Memory Effect, MSME）和巨磁阻等特性，被誉为下一代磁驱动器和传感器的候选材料。然而，现有合金的磁致应变（Magnetic-Field-Induced Strain, MFIS）往往需要极低温度或强磁场才能触发，严重制约了实际应用。更棘手的是，相变温度与室温的匹配、应变可逆性的微观机制等关键科学问题仍未完全阐明。

针对这些挑战，研究人员对Ni₅₀
Mn_36-x
Fe_x
In₁₄
（x=0-3）合金展开系统研究。通过电弧熔炼制备系列样品，采用X射线衍射（XRD）分析相结构，差示扫描量热法（DSC）测定相变温度，振动样品磁强计（VSM）表征磁性能，结合原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）原位观察表面孪晶演变。

Experimental details
研究采用高纯原料（>99.95%）通过电弧熔炼制备五组不同Fe含量（x=0,0.5,1,2,3）的合金，为补偿Mn挥发额外添加5wt% Mn。样品经4次重熔确保均匀性，并在氩气保护下进行1073K/24h均匀化退火。

Results and discussion
XRD显示Fe含量增加会抑制4O型马氏体相，当x≥2时奥氏体相（L2₁
结构）占主导。DSC证实Fe掺杂使马氏体相变起始温度（M_s
）从x=0的320K降至x=3的285K，居里温度（T_C
）同步降低。磁测量发现x=1组分在7T磁场下呈现0.25%的可逆MFIS，其奥氏体相饱和磁化强度（65emu/g）显著高于马氏体相（25emu/g）。AFM首次捕捉到相变过程中表面孪晶的动态形成，揭示孪晶界迁移是应变恢复的微观载体。

Conclusions
该研究阐明Fe替代通过改变3d电子轨道杂化调控相变温度，表面孪晶演变与磁-结构耦合的关联机制为设计室温磁功能材料提供了新范式。特别是x=1组分在近室温展现的优异MFIS性能，使其在微机电系统（MEMS）和智能传感器领域具有明确应用前景。

这项发表于《Journal of Alloys and Compounds》的工作，不仅填补了Fe掺杂Heusler合金微观机理的认知空白，更通过多尺度表征技术建立了成分-结构-性能的定量关系，为后续材料优化提供了理论依据。