Ni-Mn-Ga合金是一种极具潜力的高温形状记忆合金,但其多晶脆性严重制约了合金薄膜形状记忆效应和阻尼性能的开发和应用。本文采用Gd合金化和晶化退火获得了塑性改善的细晶Ni-Mn-Ga-Gd高温形状记忆合金薄膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、示差扫描量热分析仪、透射电镜、动态热机械分析仪等系统研究了Ni-Mn-Ga-Gd合金薄膜的组织结构,相变行为,形状记忆效应和阻尼行为,重点考察了晶粒尺寸对马氏体亚结构,可逆应变和阻尼特性的影响规律,并阐明了其物理机制。研究发现,磁控溅射沉积态Ni-Mn-Ga-Gd合金薄膜由非晶基体和少量弥散分布母相纳米晶组成。通过调控晶化退火工艺,可获得晶粒尺寸控制在126～1700nm之间的不同马氏体结构的细晶薄膜。450℃退火保温1min时薄膜未完全晶化,晶粒尺寸为126nm,主要为7M马氏体。550至750℃退火保温不超过5h时,薄膜完全晶化,晶粒尺寸在179～832nm之间,物相以7M马氏体为主。750℃退火且保温10h时,薄膜晶粒尺寸达到1700nm,物相以NM马氏体为主。研究表明,不同晶粒尺寸的Ni-Mn-Ga-Gd合金薄膜均发生单步可逆的马氏体相变,相变温度Ms最高可达370℃。随着晶粒尺寸减小,薄膜相变温度逐渐降低,而相变循环稳定性升高。7M马氏体变体间呈（202）Ⅰ型孪晶关系,亚结构为周期性堆垛的<2 5>层（220）晶面组成的微孪晶和少量层错,变体间界面共格性良好。NM马氏体变体间呈（022）Ⅰ型孪晶关系,亚结构为厚度不均的（202）Ⅰ型微孪晶和层错。变体界面处存在大量位错,共格性较差。完全晶化的Ni-Mn-Ga-Gd合金薄膜中,随着晶粒尺寸的减小,薄膜屈服强度和塑性均提高,179nm晶粒尺寸的薄膜屈服强度可达650MPa,拉伸断裂应变可达3.7%,而最大完全可逆应变（形状记忆效应）先升后降呈现峰值效应,当晶粒尺寸为257nm时,薄膜形状记忆效应取得0.63%的峰值。该薄膜在500MPa外加拉应力下,进行20次热机械循环后,相变温度变化小于3℃,记忆效应由0.63%略微上升到0.65%,呈现出优异的高温记忆效应热循环稳定性。薄膜马氏体态阻尼值随着晶粒尺寸增大也呈现峰值效应,当晶粒尺寸为832nm时,阻尼值最高tanδ可达0.046,且薄膜在-50～290℃温度区间均可呈现稳定的高阻尼特性。晶粒尺寸为179nm薄膜中发现在60℃附近出现驰豫型内耗峰,峰值阻尼tanδ值高达0.08。随着振动频率的增大,驰豫型内耗峰阻尼值以及峰值对应的温度均升高,而晶粒尺寸大于179nm的薄膜马氏体态阻尼性能不随频率变化。随着应变振幅的提高,驰豫型内耗峰阻尼值和马氏体态阻尼值均升高,当应变振幅达到1×10-3后,薄膜阻尼值趋于稳定。晶粒尺寸对马氏体亚结构,形状记忆效应和阻尼特性的影响机制如下:当薄膜晶粒尺寸较小时,为了释放弹性应变能,生成具有周期性<2 5>层微孪晶亚结构的7M马氏体,大量微孪晶界面的出现,使得7M马氏体中积累了大量孪晶界面能,处于热力学不稳定状态,而随着薄膜晶粒尺寸的增大,晶界对孪生位错的限制减弱,在孪晶界面能驱动下微孪晶发生不均匀去孪晶现象,周期性亚结构遭到破坏,形成NM马氏体;晶粒尺寸增大引起变体再取向临界应力与屈服应力同时下降,当薄膜晶粒尺寸为257nm时,两种应力差值最大,在接近屈服应力作用下热循环时,可生成最大体积分数的有利取向马氏体变体,因此在该薄膜中取得最大的记忆效应;在7M马氏体中晶粒尺寸增大减弱了晶界对孪生位错的钉扎效果,有利于孪晶界面在交变载荷下的往复运动,提高了薄膜马氏体态阻尼性能,当晶粒尺寸增大到1700nm时,薄膜以NM马氏体为主,由于微孪晶界面大量减少,能量耗散源减少,阻尼性能大幅下降。