Ni-Mn-Ga（Co,Cu）形状记忆合金微丝多场下物理性能研究
发布时间：2021-01-08 12:36
化学成分接近标准化学计量比的Ni2MnGa磁性形状记忆合金是一种对温度场,力场和磁场敏感的新型智能材料,在多场下表现出多功能特性,如形状记忆效应、超弹性、磁致应变及磁热效应等,这些特性为设计和开发多功能器件提供选择。但该体系块体合金具有本征脆性,难加工,而单晶的制备耗时成本高,制约了形状记忆合金的发展和工业应用。本文采用玻璃包覆法制备Ni-Mn-Ga（Co,Cu）合金微丝,通过快速凝固,晶粒调控来改善其力学性能。在此基础上,系统研究了合金微丝的微观结构、超弹性、马氏体相变、Wiedemann effect、力磁耦合条件下的磁致扭转及声发射行为,以通过性能研究和理论探索来发现新规律和新现象,为优化合金性能和多功能设计提供实验和理论依据。（1）初步研究了合金微丝超弹性、形状记忆效应、应力诱发马氏体相变。利用玻璃包覆法将块体合金制备成微丝,直径在15-400μm。研究发现室温为奥氏体相Ni53Mn24Ga23（at.%）合金微丝,在循环拉伸测试中获得高达14%可恢复应变,～10%超弹性应变,表现出优异的机械稳定性。大应变和超弹得益于应力诱发马氏体相变。转变临界应力随着循环次数的增加逐渐减小至...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ合金的晶体结构??（ａ）?Ｌ２ｉ母相；（ｂ）母相与ＮＭ马氏体的位向关系；（ｃ）?ＮＭ马氏体；（ｄ）?５Ｍ马氏体，??
１．３．１晶体结构??Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ合金的晶体结构主要包括母相奥氏体结构和马氏体结构，如??图１．１所示［４＇Ｎｉ２ＭｎＧａ合金母相在马氏体相变温度以上具有立方Ｌ２，?Ｈｅｕｓｌｅｒ??结构，晶格常数约０．５８３ｎｍ，空间群为／＾ｎｆｗ（Ｎｏ．２２５）。在Ｗｙｃｋｏｆｆ占位中，??Ｎｉ原子占据８ｃ?（０．２５，?０．２５，?０．２５）位置，Ｍｎ和Ｇａ原子则分别占据４ａ?（０，?０，?０）??和?４ｂ?（０．５，?０．５，?０．５）位置［４５’５０］。??，〇〇？?１〇｜〇１?丨０；＂?⑴則个??」家：寒：ｒ?Ｉ??？ＥＨ：－?藤綠??？?（ｄ）?（ｅ）??图１．１?Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ合金的晶体结构??（ａ）?Ｌ２ｉ母相；（ｂ）母相与ＮＭ马氏体的位向关系；（ｃ）?ＮＭ马氏体；（ｄ）?５Ｍ马氏体，??（ｅ）?７Ｍ马氏体（Ｎｉ－灰色，Ｍｎ－黑色，Ｇａ－白色）［４９］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｏｆ?Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ?ａｌｌｏｙｓ??（ａ）?Ｌ２ｊ?ｐａｒｅｎｔ?ｐａｈｓｅ，?（ｂ）?Ｔｈｅ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｐａｒｅｎｔ?ｐｈａｓｅ?ａｎｄ?ＮＭ??ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ
体变体重排而导致应变输出，能量来源是马氏体结构的磁晶各向异性能＆，??即磁化过程中消耗能量差异，定义为沿着易磁化轴和难磁化轴之间磁化曲线??覆盖的面积，如图１．５?（ａ）所示［６５］。而Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｎ－Ｉｎ合金在磁场下可实现马??氏体相变。Ｋａｉｎｕｍａ［６６］等在７０ｋ〇ｅ的磁场作用下诱发合金相变过程从铁磁马??氏体到顺磁奥氏体，获得２．９％的应变，同时输出ｌＯＯＭＰａ的应力，这一能量??来源于母相和马氏体相之间饱和磁化强度而导致的塞曼能，如图１．５?（ｂ）所??７Ｊｎ?〇??（ａ）?（ｂ）?Ｐｈａｓｅ?１??Ｂ?Ｃ?／??．ｗｓ?＊１?／?Ｚｅｅｍａｎ?Ｅｎｅｒｇｙ??Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｆｉｅｌｄ?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??图１．５磁感生应变能量来源??（ａ）ＮｉＭｎＧａ中的磁晶各向异性能［６５］；?（ｂ）ＮｉＣｏＭｎｌｎ中的塞曼能［６６］??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｏｕｒｃｅ?ｏｆ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｓｔｒａｉｎ?ｅｎｅｒｇｙ??（ａ）?Ｍａｇｎｅｔｏ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ?ｅｎｅｒｇｙ?ｉｎ?ＮｉＭｎＧａ，?（ｂ）?Ｚｅｅｍａｎ?ｅｎｅｒｇｙ?ｉｎ?ＮｉＣｏＭｎｌｎ??而对于Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ形状记忆合金的磁致应变行为，为了通过施加的磁场??激活铁磁马氏体相中的孪晶边界运动并且通过这种方法获得磁致应变，需满??足孪晶应力小于磁应力，其由下式确定：??ＣＴｍａＧ－＾〇￣１Ｋｕ?（１．１）??式
【参考文献】：
期刊论文
[1]Wiedemann effect of Fe-Ga based magnetostrictive wires[J]. 李纪恒,高学绪,朱洁,包小倩,程亮,谢建新. Chinese Physics B. 2012(08)
博士论文
[1]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：2964606
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ合金的晶体结构??（ａ）?Ｌ２ｉ母相；（ｂ）母相与ＮＭ马氏体的位向关系；（ｃ）?ＮＭ马氏体；（ｄ）?５Ｍ马氏体，??
１．３．１晶体结构??Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ合金的晶体结构主要包括母相奥氏体结构和马氏体结构，如??图１．１所示［４＇Ｎｉ２ＭｎＧａ合金母相在马氏体相变温度以上具有立方Ｌ２，?Ｈｅｕｓｌｅｒ??结构，晶格常数约０．５８３ｎｍ，空间群为／＾ｎｆｗ（Ｎｏ．２２５）。在Ｗｙｃｋｏｆｆ占位中，??Ｎｉ原子占据８ｃ?（０．２５，?０．２５，?０．２５）位置，Ｍｎ和Ｇａ原子则分别占据４ａ?（０，?０，?０）??和?４ｂ?（０．５，?０．５，?０．５）位置［４５’５０］。??，〇〇？?１〇｜〇１?丨０；＂?⑴則个??」家：寒：ｒ?Ｉ??？ＥＨ：－?藤綠??？?（ｄ）?（ｅ）??图１．１?Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ合金的晶体结构??（ａ）?Ｌ２ｉ母相；（ｂ）母相与ＮＭ马氏体的位向关系；（ｃ）?ＮＭ马氏体；（ｄ）?５Ｍ马氏体，??（ｅ）?７Ｍ马氏体（Ｎｉ－灰色，Ｍｎ－黑色，Ｇａ－白色）［４９］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｏｆ?Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ?ａｌｌｏｙｓ??（ａ）?Ｌ２ｊ?ｐａｒｅｎｔ?ｐａｈｓｅ，?（ｂ）?Ｔｈｅ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｐａｒｅｎｔ?ｐｈａｓｅ?ａｎｄ?ＮＭ??ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ
体变体重排而导致应变输出，能量来源是马氏体结构的磁晶各向异性能＆，??即磁化过程中消耗能量差异，定义为沿着易磁化轴和难磁化轴之间磁化曲线??覆盖的面积，如图１．５?（ａ）所示［６５］。而Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｎ－Ｉｎ合金在磁场下可实现马??氏体相变。Ｋａｉｎｕｍａ［６６］等在７０ｋ〇ｅ的磁场作用下诱发合金相变过程从铁磁马??氏体到顺磁奥氏体，获得２．９％的应变，同时输出ｌＯＯＭＰａ的应力，这一能量??来源于母相和马氏体相之间饱和磁化强度而导致的塞曼能，如图１．５?（ｂ）所??７Ｊｎ?〇??（ａ）?（ｂ）?Ｐｈａｓｅ?１??Ｂ?Ｃ?／??．ｗｓ?＊１?／?Ｚｅｅｍａｎ?Ｅｎｅｒｇｙ??Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｆｉｅｌｄ?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??图１．５磁感生应变能量来源??（ａ）ＮｉＭｎＧａ中的磁晶各向异性能［６５］；?（ｂ）ＮｉＣｏＭｎｌｎ中的塞曼能［６６］??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｏｕｒｃｅ?ｏｆ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｓｔｒａｉｎ?ｅｎｅｒｇｙ??（ａ）?Ｍａｇｎｅｔｏ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ?ｅｎｅｒｇｙ?ｉｎ?ＮｉＭｎＧａ，?（ｂ）?Ｚｅｅｍａｎ?ｅｎｅｒｇｙ?ｉｎ?ＮｉＣｏＭｎｌｎ??而对于Ｎｉ－Ｍｎ－Ｇａ形状记忆合金的磁致应变行为，为了通过施加的磁场??激活铁磁马氏体相中的孪晶边界运动并且通过这种方法获得磁致应变，需满??足孪晶应力小于磁应力，其由下式确定：??ＣＴｍａＧ－＾〇￣１Ｋｕ?（１．１）??式
【参考文献】：
期刊论文
[1]Wiedemann effect of Fe-Ga based magnetostrictive wires[J]. 李纪恒,高学绪,朱洁,包小倩,程亮,谢建新. Chinese Physics B. 2012(08)
博士论文
[1]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：2964606
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