磁致形状记忆合金是一种集大应变输出和磁控快速响应于一体的新型智能材料,有望成为首选的驱动器材料,其中由于Ni-Fe-Ga合金具有强的磁晶各向异性能和热加工性能优异等优点,成为了磁致形状记忆合金研究的热点之一。本文采用真空电弧熔炼和吸铸的方法制备了不同Co浓度Ni55-xFe18Ga27Cox合金样品(x=5.5,5.7,6,6.5,9,10,12),利用光学悬浮区炉对其中四个成分的合金制备了单晶样品,其Co浓度为x=5.5,5.7,6,6.5,对合金的晶体结构、相变行为、磁学性能、磁致应变以及超弹性行为进行了系统研究,同时研究了B和Cr元素的添加对Ni-Fe-Ga-Co合金相变行为和机械性能的影响。本文依据实验数据,建立了Ni55-xFe18Ga27Cox合金随Co含量变化的相图,研究发现:在Ni55-x Fe18Ga27Cox合金体系中,Co含量x=9,10的合金在降温过程中发生马氏体相变,低温相为单一的非调制马氏体结构;Co含量x=5.5-6.5区域,合金的晶体结构、相变行为以及力学行为对合金成分变化非常敏感,发生马氏体相变时生成亚稳态的斑驳结构(Mottled Structure);Co含量x=12的合金为应变玻璃态,降温过程中没有马氏体相变发生。通过原位中子衍射实验对Ni46Fe18Ga27Co9和Ni45Fe18Ga27Co10合金的晶体结构和相变进行了研究,结果表明两种合金具有相同的晶体结构,高温相为立方L21 Heusler奥氏体结构,低温相为L10非调制马氏体结构,合金中没有发生中间马氏体相变。对Ni46Fe18Ga27Co9合金进行单轴压缩原位中子衍射实验,发现合金在室温下表现为超弹性,当外加应力达到200MPa时,表现出了应力诱发马氏体相变行为。对成分差异仅为0.3%的Co浓度为x=5.7和6的合金的微观结构、相变行为和力学行为进行了研究分析,并对x=6的合金的磁学性能和磁致应变进行了研究。Co浓度为x=5.7和6的合金在室温下为结构不同的预马氏体相,在马氏体相变过程中两种合金都生产了以超点阵衍射斑点为特征的马氏体相,超点阵对应的结构称之为斑驳结构,两种合金的斑驳结构对应的超点阵衍射花样不相同,该结构为亚稳态,x=5.7的合金在133K时小部分斑驳结构转变为稳态的7层调制马氏体结构,x=6的合金在170K时斑驳结构转变为相对稳定的两相共存结构(非调制和7层调制马氏体结构共存);在co6合金为两相共存态时(150k)施加应力,合金随着应力的增加发生了两次相转变和一次变体选择,转变顺序为:(i)7层调制马氏体结构转变为非调制马氏体结构;(ii)非调制马氏体结构发生变体选择;(iii)部分非调制马氏体结构转变成为4层调制马氏体结构。通过力学实验对x=5.7和6的单晶在不同温度下的应力-应变特征进行了研究,实验结果表明在马氏体相变开始温度以上,x=5.7和6的单晶的屈服应力平台随温度的下降而减小,相同温度下x=5.7的合金的屈服应力小于x=6的合金,而在马氏体相变开始温度以下,x=5.7和6的合金单晶的屈服应力平台随温度的下降而升高,在243k时,x=5.7和6的合金的屈服应力最小,分别为20mpa和5.5mpa。相对于x=5.7的单晶,x=6的单晶屈服应力更小,这意味着该合金更容易在磁场诱发下产生应变,因此对x=6的合金的磁学性能和磁致应变行为进行了研究,实验结果表明,在x=6的合金中,零场冷和场冷的磁化强度-温度(m-t)曲线在低温下发生了严重偏离;磁场(1t)导致了伴随马氏体相变的应变减小;合金对磁场下的相变过程具有记忆效应;在相变过程中合金的磁化强度在恒温时具有时间依赖性;磁场可以诱发合金产生应变,磁致应变表现出了时间依赖性特征并且随温度的降低而减小。经过分析,本文认为这些特性是由于磁场诱发亚稳态的斑驳结构向稳态非调制马氏体结构转变导致的。此外,通过原位高能x射线衍射实验对co含量相差1%的x=5.5和6.5的合金的微观结构和相变行为进行了初步研究,结果表明这两种合金在室温下亦为预马氏体相,x=5.5的合金在150k时奥氏体未能全部转变为马氏体,为非调制马氏体、调制马氏体和残余奥氏体共存,而x=6.5合金在150k时奥氏体转变完全,为非调制马氏体和调制马氏体共存。利用中子衍射和高能x射线技术原位研究了应变玻璃态ni43fe18ga27co12合金在单轴压缩过程中的超弹性行为,揭示了该合金准线性超弹性行为的物理机制。研究发现在应力诱发马氏体相变前弹性模量发生了软化,该现象与温度诱发预马氏体相变表现出来了的特征相似。此外,在弹性阶段衍射峰宽随应力的增加持续宽化,通过williamson-hall分析方法发现衍射峰宽化是由晶粒内部应力场的短程波动造成的,我们认为受限马氏体相变合金中的弹性模量具有空间异质性。在ni46-xfe18ga27co9bx(at.%,x=0,0.1,0.5)合金中用b元素替代部分ni元素,合金的延伸率和抗压强度同时得到了提高,其相变温度随b含量的增加而降低。在ni46-xfe18ga27co9crx合金中用0.5%的cr替代ni元素,适当的热处理工艺可使得晶粒异常长大,晶粒尺寸可达到2mm,这为单晶的制备提供了新的思路,同时Cr元素的添加使合金的屈服强度增大。