玻璃包覆法制备Cu-Sn和Ni-Mn-Ga形状记忆微丝及其超弹性研究

发布时间：2018-04-08 10:51

  本文选题：形状记忆合金　切入点：超弹性　出处：《北京科技大学》2015年博士论文

【摘要】：Ni-Mn-Ga形状记忆合金是一类新型磁控形状记忆合金,Ni或Mn含量高于化学计量比Ni2MnGa的Ni-Mn-Ga合金具有很高的马氏体转变温度(高达350℃),是一种潜在的高温形状记忆合金材料。但Ni-Mn-Ga和大多铜基形状记忆合金只在单晶状态下具有延性,多晶通常呈现脆性,这与材料晶粒粗大,容易发生沿晶断裂有关。本文针对Cu-Sn和Ni-Mn-Ga形状记忆合金存在的多晶脆性问题,提出采用玻璃包覆法制备形状记忆合金微丝,通过快速冷却细化晶粒,成功制备出了具有良好力学性能的Cu-Sn和Ni-Mn-Ga形状记忆合金微丝。 利用自主开发的玻璃包覆纺丝设备,通过探索制备Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al和Cu-Sn形状记忆合金,Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金以及Co-Si-B非晶合金微丝,总结了微丝的制备条件。通过分析温度降低过程中,玻璃和合金粘度的变化,得出微丝的成型过程分为三阶段：第一阶段为表面玻璃毛细管冷却至玻璃软化点后硬化成型,第二阶段为毛细管中晶核的形成与长大,或者为合金液的玻璃转变,第三阶段为丝芯与外层玻璃冷却至室温。 TEM观察表明Cu-15.0at.%Sn形状记忆合金微丝室温具有纳米晶/非晶结构,HRTEM分析发现微丝中具有D03结构的β1纳米晶,这些纳米晶镶嵌在非晶基体中。微丝具有良好的形状记忆效应和超弹性性能,马氏体转变温度Ms为156K。微丝的断裂强度达到512MPa,发生断裂前总应变达到14%。 随着Sn含量的增加,Cu-Sn合金微丝室温组织逐渐由马氏体转变为奥氏体,微丝的断裂应力逐渐增大,诱发马氏体转变的临界应力也逐渐提高。Sn含量14～16at.%的微丝都表现出一定的超弹性,Cu-16.0at.%Sn微丝在总应变为6%时,恢复率仍然达到了92%。当Sn含量增加到17.5at.%时,开始析出高度有序的6相。 对Cu-16.0at.%Sn微丝在750℃热处理5小时后水冷淬火,得到了竹节状组织的Cu-16.0at.%Sn形状记忆合金微丝,研究表明,竹节状结构的微丝相对于非竹节状的晶粒粗大的微丝具有更好的超弹性性能。 Cu-Sn合金力学性能与晶粒尺寸的关系呈现两端性,即晶粒尺寸足够小或者晶粒尺寸大到与微丝直径相当时,合金具有较好的力学性能,而晶粒粗大时则通常容易脆性断裂。这与晶界强度、析出相以及变形过程中应力集中有关。 玻璃包覆法制备的Ni54Mn25Ga21微丝在室温和热水(60～80℃)之间具有显著的双程形状记忆效应。通过细化晶粒,Ni-Mn-Ga微丝的力学性能得到极大改善。Ni53Mn26Ga21微丝40℃下具有高达8%的超弹性应变,这是目前为止Ni-Mn-Ga合金中获得的最大超弹性应变。诱发马氏体的临界应力随温度的变化值dσ/dT为1.11MPa/℃。室温下马氏体状态的微丝的磁滞回线测试表明,微丝存在磁场诱发马氏体孪晶变体再取向现象。
[Abstract]:Ni-Mn-Ga shape memory alloy (SMA) is a new type of magnetically controlled shape memory alloy (SMA), which has higher martensite transition temperature (up to 350 鈩，

本文编号：1721285