Fe掺杂Ni-Mn-Ga坡璃包覆纤维组织结构及其应变回复性能研究

发布时间：2020-07-01 19:44

【摘要】：本文采用玻璃包覆法制备了不同Fe掺杂的Ni-Mn-Ga基形状记忆合金微米纤维,探索纤维制备工艺对纤维直径、相结构、结晶组织形貌影响的作用规律,研究了不同Fe掺杂量合金纤维的组织结构、相变温度以及室温下应变回复性能的差异并对影响纤维性能的因素进行了分析。通过对相变温度接近室温的Ni-Mn-Ga-Fe纤维进行了不同去应力退火和室温下机械循环训练处理,对比研究了处理前后纤维应变回复性能及其作用机制。结果表明:玻璃包覆法制备Ni-Mn-Ga基形状记忆合金纤维的几何尺寸和微观结构取决于制备过程中的收丝速度和冷却水距离,其中收丝速度直接影响纤维直径,随着收丝速度的增加,纤维直径显著降低,尺寸较小的纤维成形过程中经历的冷却速度更高,纤维晶化程度越低;冷却水距离显著影响纤维的结晶组织形态,冷却水距离较远,纤维冷却速度慢,最终形成粗大的树枝晶。减小冷却水距离,纤维晶粒细化,甚至形成非晶态结构。掺杂Fe元素对Ni-Mn-Ga合金纤维的结晶组织、相结构、相变温度及室温力学性能影响非常明显。随着Fe含量增加,纤维晶粒细化,室温下相结构由奥氏体转变为马氏体,相变温度提高。固溶强化、晶粒细化、应力诱发相变及马氏体再取向等因素导致纤维力学性能特别是断裂应变有明显提高。Ni-Mn-Ga合金纤维由于相变温度和断裂强度低未出现相变超弹性,Fe元素的加入提高了 Ni-Mn-Ga合金纤维的相变温度和材料断裂强度,Ni55.07Mn15.76Ga23.4Fe5.77合金纤维在室温下有明显的相变对应的应力平台,但卸载时应变回复性能相对较差,主要是纤维制备成形过程中残余的内部应力阻碍了应力卸载时马氏体逆转变的进行。继续增加Fe掺杂量至6.78%(at.%),纤维在室温下结构转变为马氏体结构,在加载-卸载循环中,由于应力作用下不同马氏体变体之间的再取向等因素作用,纤维表现出“类橡胶效应”,在室温下获得了 18%的超大可回复应变。对加载呈现明显应力平台的Ni55.07Mn15.76Ga23.4Fe5.77纤维进行不同温度退火处理,残余应力得到释放。随着热处理温度的升高,纤维在施加拉伸应力后卸载过程中马氏体逆相变对应的应力平台越来越明显,其应变回复性能提高,呈现出优良的超弹性。经过加载-卸载循环训练后,纤维性能趋于稳定。相变应力逐渐减小并趋于稳定,应变回复率提高,稳定后单次循环吸收能量为4.3 MJ/m3。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.6;TQ340.1
【图文】：

都是影响非线性超弹性的重要因素。逡逑形状记ｆｃ合金的形状记忆效应和超弹性产生的本质都与热弹性马氏体相变逡逑及其逆相变有关，区别在于前者是温度场诱发的，后者是应力场诱发的。图１．２逡逑所示为形状记忆合金表现出形状记忆效应或超弹性的条件示意图。逡逑逦逦逦（ｎ逦／逡逑ＴｆＴｔ￣逡逑％逦！逦！逦！逦．？抑性逡逑｜逦形状记忆效应１邋Ｉ邋Ｖ邋Ｉ逦／邋赛逡逑１１邋ｍｆ逡逑？逦Ｉ逦ｙｆ逦Ｉ逡逑｜丨／丨Ｉ逡逑逦？逦Ｉ逦？逦，逡逑Ｍｒ邋Ｍｓ邋Ａｓ邋Ａｊ逦温度逡逑图１．２形状记忆合金出现形状记忆效应、相变伪弹性与应力、温度的关系逡逑Ｆｉｇ．１．２邋Ｔｈｅ邋ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｈａｐｅ邋ｍｅｍｏｒｙ邋ｅｆｆｅｃｔ，邋ｐｓｅｕｄｏｅｌａｓｔｉｃ，邋ｓｔｒｅｓｓ邋ａｎｄ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑ｉｎ邋ｓｈａｐｅ邋ｍｅｍｏｒｙ邋ａｌｌｏｙｓ逡逑在形状记忆合金中还存在一种不涉及相变的大应变回复现象，称为类橡肢效逡逑应（ｒｕｂｂｅｒ－ｌｉｋｅｂｅｈａｖｉｏｒ）。类橡肢效应一般出现在时效一段时间后的形状记忆合逡逑金马氏体变形中，时效处理使得最初状态的马氏体变得稳定，应力作用下生成的逡逑马氏体变体相对来说不稳定，故应力去除后变形能够恢复，在宏观上体现较大的逡逑应变回复效果［６］。逡逑随着新型形状记忆合金被开发出来，磁控形状记忆合金能够在磁场作用下驱逡逑动马氏体孪晶界或马氏体－母相界面而显示出形状记忆效应或超弹性，兼具有温逡逑控和磁控形状记忆性能

而对于铁磁性形状记忆合金的应用，目前芬兰的的ＡｄａｐｔａＭａｔ公司的研究和逡逑产品的应用开发较为成熟，采用铁磁性形状记忆合金制造的电机、真空阀、泵、逡逑缝纫机、驱动器（见图１．３）等产品具有很好的性能，并已经实现了系列化生产逡逑［８］。国内倪立峰等人利用Ｎｉ－Ｔｉ形状记忆合金设计制造了一种ＳＭＡ阻尼器，具有逡逑很好的耗能效果，在工程振动控制方面有较好的应用前景逡逑图１．３邋ＡｄａｐｔａＭａｔ公司采用铁磁性形状记忆合金生产的驱动器［８］逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｓｈａｐｅ邋ｍｅｍｏｒｙ邋ａｌｌｏｙｓ邋ｄｒｉｖｅｓ邋ｂｙ邋ＡｄａｐｔａＭａｔ１８１逡逑５逡逑

【参考文献】

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本文编号：2737194