细晶Ni-Mn-Ga-Gd高温形状记忆合金薄膜的马氏体相变与阻尼特性
发布时间：2021-01-02 16:23
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...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ti50Ni50-xPdx合金中Pd含量和Ti50Ni50-xPtx合金中Pt含量对各自相变温度的影响[29]
，沉积的薄膜为完全晶化态，说明高Pd含量可以降低了薄膜的晶化温度。研究者比较了沉积态薄膜(29.1at.%Pd)和经过973K晶化退火的薄膜(22.1at.%Pd)的形状记忆行为，如图1-3所示。图中给出了两种薄膜在不同应力下的应变-温度曲线，沉积态已晶化的薄膜Ms为480K，由于具有更细小的晶粒尺寸，显示了更高的塑性变形临界应力，但是形状记忆效应也更低，当外加应力为300MPa时，几乎不产生塑性变形，可逆应变为1.6%。而退火态的Ti-Ni-Pd薄膜Ms为390K，当外加应力为300MPa时，获得了2.9%的最大可逆应变，同时产生1%的塑性变形。图1-3Ti-Ni-29.1Pd沉积态薄膜和973K退火1h的Ti-Ni-22.1Pd薄膜应变-温度曲线[31]Fig.1-3Strain-temperaturecurvesinTi-Ni-22.1Pdthinfilms.(a)As-depositedTi-Ni-29.1Pdfilm;(b)Ti-Ni-22.1Pdthinfilmcrystallizedbyheattreatmentat973Kfor3.6ks[31]目前还未见关于TiNiPd薄膜热循环稳定性的报道。Cai等[32]研究了热循环次数对TiNiPd块材高温记忆合金相变温度的影响，发现Ti50NixPd50-x(x=10，20，30)三种成分合金，在最开始的十几次循环过程中，Ms和As随着循环次数的增加而迅速下降10°C，而后随着循环次数的增加，相变温度趋于稳定。Ti-Ni-Pt和Ti-Ni-Au薄膜的研究报道比较少，目前还处于起步阶段。Pandurang等[10]通过直流磁控溅射，采用合金靶在硅片上沉积了8m厚的Ti54Ni26Pt20薄膜，该薄膜经过600°C退火，马氏体相变温度Ms高达380°C。Ludwig等[33]利用组合溅射沉积方法制备了各种成分的Ti-Ni-Au薄膜，发现在Ti-Ni1-x-Aux体系的薄膜中当Au含量大于20at.%时，薄膜的Ms高于100°C，可以作为高温记忆合金薄膜。1.2.2Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金薄膜Ti-Ni-Pd薄膜有较好的塑性和较大的形状记忆效
氪气沉积Ni4
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn-Cu系高阻尼合金的凝固组织控制及阻尼特性的改善（英文）[J]. 殷福星,岩崎智,坂口琢哉,长井寿. 物理学进展. 2006(Z1)
[2]Martensite Aging Effect and Thermal Cyclic Characteristics in Ti-Pd and Ti-Pd-Ni High Temperature Shape Memory Alloys[J]. Wei Cai School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 15000k, China Kazuhiro Otsuka Institute of Materials Science, University of Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki 305-8573, Japan E-mail: weicai@hope.hit.edu.cn. Journal of Materials Science & Technology. 2001(03)
[3]形状记忆合金在土木工程中的应用[J]. 吴波,李惠,孙科学. 世界地震工程. 1999(03)
博士论文
[1]Ni-Mn-Ga-Gd高温记忆合金的马氏体相变与力学行为[D]. 张欣.哈尔滨工业大学 2014
[2]新型Ni-Mn-Ga磁致形状记忆合金的晶体结构与微结构研究[D]. 从道永.东北大学 2008
本文编号：2953241
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ti50Ni50-xPdx合金中Pd含量和Ti50Ni50-xPtx合金中Pt含量对各自相变温度的影响[29]
，沉积的薄膜为完全晶化态，说明高Pd含量可以降低了薄膜的晶化温度。研究者比较了沉积态薄膜(29.1at.%Pd)和经过973K晶化退火的薄膜(22.1at.%Pd)的形状记忆行为，如图1-3所示。图中给出了两种薄膜在不同应力下的应变-温度曲线，沉积态已晶化的薄膜Ms为480K，由于具有更细小的晶粒尺寸，显示了更高的塑性变形临界应力，但是形状记忆效应也更低，当外加应力为300MPa时，几乎不产生塑性变形，可逆应变为1.6%。而退火态的Ti-Ni-Pd薄膜Ms为390K，当外加应力为300MPa时，获得了2.9%的最大可逆应变，同时产生1%的塑性变形。图1-3Ti-Ni-29.1Pd沉积态薄膜和973K退火1h的Ti-Ni-22.1Pd薄膜应变-温度曲线[31]Fig.1-3Strain-temperaturecurvesinTi-Ni-22.1Pdthinfilms.(a)As-depositedTi-Ni-29.1Pdfilm;(b)Ti-Ni-22.1Pdthinfilmcrystallizedbyheattreatmentat973Kfor3.6ks[31]目前还未见关于TiNiPd薄膜热循环稳定性的报道。Cai等[32]研究了热循环次数对TiNiPd块材高温记忆合金相变温度的影响，发现Ti50NixPd50-x(x=10，20，30)三种成分合金，在最开始的十几次循环过程中，Ms和As随着循环次数的增加而迅速下降10°C，而后随着循环次数的增加，相变温度趋于稳定。Ti-Ni-Pt和Ti-Ni-Au薄膜的研究报道比较少，目前还处于起步阶段。Pandurang等[10]通过直流磁控溅射，采用合金靶在硅片上沉积了8m厚的Ti54Ni26Pt20薄膜，该薄膜经过600°C退火，马氏体相变温度Ms高达380°C。Ludwig等[33]利用组合溅射沉积方法制备了各种成分的Ti-Ni-Au薄膜，发现在Ti-Ni1-x-Aux体系的薄膜中当Au含量大于20at.%时，薄膜的Ms高于100°C，可以作为高温记忆合金薄膜。1.2.2Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金薄膜Ti-Ni-Pd薄膜有较好的塑性和较大的形状记忆效
氪气沉积Ni4
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn-Cu系高阻尼合金的凝固组织控制及阻尼特性的改善（英文）[J]. 殷福星,岩崎智,坂口琢哉,长井寿. 物理学进展. 2006(Z1)
[2]Martensite Aging Effect and Thermal Cyclic Characteristics in Ti-Pd and Ti-Pd-Ni High Temperature Shape Memory Alloys[J]. Wei Cai School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 15000k, China Kazuhiro Otsuka Institute of Materials Science, University of Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki 305-8573, Japan E-mail: weicai@hope.hit.edu.cn. Journal of Materials Science & Technology. 2001(03)
[3]形状记忆合金在土木工程中的应用[J]. 吴波,李惠,孙科学. 世界地震工程. 1999(03)
博士论文
[1]Ni-Mn-Ga-Gd高温记忆合金的马氏体相变与力学行为[D]. 张欣.哈尔滨工业大学 2014
[2]新型Ni-Mn-Ga磁致形状记忆合金的晶体结构与微结构研究[D]. 从道永.东北大学 2008
本文编号：2953241
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2953241.html
