Ni-Mn-In-（Cu）合金薄带制备与热处理研究
发布时间：2021-08-06 23:41
本文利用真空单辊快冷甩带法制备了两种不同成分（Ni50Mn35In15、Ni50Mn36In14）的Ni-Mn-In薄带,后续分别命名为NMI15、NMI14,同时利用Cu元素对Ni-Mn-In进行了掺杂,得到了成分为Ni50Mn32In15Cu3（NMIC3）的四元合金薄带。对不同制备参数下薄带的组织结构、马氏体相变、热滞后等进行了探究,并对不同工艺（不同温度）热处理后薄带组织结构、马氏体相变、热滞后及相变潜热的变化进行了探究。通过优化快冷甩带法制备时加热功率、铜轮转速、喷铸气压、喷嘴直径等制备工艺参数成功地得到了连续性好的NMI15、NMI14和NMIC3合金薄带。采用SEM对不同薄带进行了微观形貌观察,采用DSC、XRD、EDS等各种检测方法分析不同制备状态薄带成分、物相和相变温度。通过对比表明,当加热功率为11k W、铜轮转速为900rpm、喷铸气压为0.1MPa、喷嘴直径为0.5mm时薄带具有最好的制备状态。通过DSC、SEM、EDS、XRD等检测方法对不同制备态薄带的相变温度、形貌、成分及物相等进行了分析。三种合金制备态薄带的相变温度均低于合金铸锭,加热功率主要影响薄带中M...
【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】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
化学成分X2YZ的Heusler合金L21和B2结构示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-图1-2形状记忆合金的弹热效应示意图a)加载应力；b)去除应力1.3.2弹热效应的表征通常采用等温熵变△Se和绝热温变△Tad来表征材料弹热性能，除了这两个主要参数外，材料的制冷能力RC值也可以用来衡量弹热性能。△Se和RC值能够采用计算公式来进行间接确定，而△Tad的确定方式不仅可以依据公式进行间接计算也能够通过设备测量进行直接确定。直接测量可采用外场下的差示扫描量热仪（DSC）来进行测量，虽然DSC一直以来只被用来测试材料的相变温度，但也有研究团队通过DSC设备成功得到了某一特定温度下的熵变[33-35]，但这种方法还没有普遍应用。此外还可以利用热电偶[36]来测量绝热温度变化（ΔTad），也可以采用不需要与试样接触的红外测温法[37]来进行测定。Pataky等[38]利用红外热成像仪成功确定了应力施加和释放进程中试样表层和内部的动态温度改变规律。事实上，实验过程中只有被测试的样品的应变速率大于0.1s-1时才能算是绝热状态。但直接测量也存在着一些的弊端，如测试环境不稳定，达不到直接测量对试验精度存在的要求，并且直接测量在人工操作上也有很高的要求。间接测量方法主要是通过应力应变曲线来近似估算出等温熵变，利用估算出的等温熵变近似得到绝热温变。此外制冷能力RC也是权衡材料制冷能力的其中一个主要指标。弹热制冷材料的制冷能力RCe能够利用公式1-1进行确定：RCe=|△Se(T)|dTThotTcold(1-1)1.4传统形状记忆合金的研究现状弹热制冷被认为是一种具有很大发展空间的能够代替气体压缩制冷的技术，吸引了很多研究人员的关注。弹热材料在进行可逆马氏体转变进程中会产生很大的等温熵变和绝热温变，由此出现了弹热效应。目前，应用比较广泛的固体制冷材料体系是传统形状?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-16-发具有较大可恢复应变的Ni-Mn基形状记忆合金是十分必要的。而对多晶材料来说，由于晶界对孪晶晶界移动过程强烈的束缚作用，其磁感生应变的数值非常微校考虑到单晶制备的成本高、周期长，科学家做了很多尝试，Dunand和Müllner提出[75]，通过晶粒长大或减小样品尺寸，使得合金中晶粒的大小贯穿试样的直径或厚度，可以减少合金中晶界密度（如图1-3）。如此，在马氏体变体再取向过程中来自晶界的束缚作用大大减小，有利于晶粒之间的协调变形。图1-3Ni-Mn基铁磁记忆合金合金的尺寸效应[75]（1）薄膜由于制备微器件需要的制冷材料尺寸很小，人们开始致力于研究制备小尺寸材料，其中薄膜材料已广泛应用于微电子工业，具有更加显著的使用前景。对Ni-Mn-X合金来说，主要是利用外延沉积法来制备薄膜，衬底一般为MgO、Si或Al。Akkera等[76]制备了Ni51.1Mn34.9In9.5Cr4.5合金薄膜，衬底为Si，沉积方向为[100]，在2T的磁场条件下，在322K获得的最大磁熵变Smax达7mJ/(cm3K)。对磁控溅射方法制备的四种厚度（90-655nm）Ni-Mn-In薄膜的研究表明[77]，该薄膜在室温下具有L21结构的母相，晶粒尺寸和结晶度随着薄膜厚度的增加而增加。厚度大于153nm的薄膜具有宽热滞后的一级马氏体相变，热滞后随薄膜厚度的增加而增加。纳米压痕研究表明，153nm厚度的薄膜硬度值较高，弹性模量为190GPa，制冷能力（RC）为155.04mJ/cm3。（2）薄带通过快冷甩带法制备的Ni-Mn-In薄带元素分布均匀，具有一定的织构（即薄带的晶粒沿着厚度方向取向生长）。丰焱等[78]制备了厚度为42μm，65μm和30μm的Ni45Mn36.6In13.4Co5薄带，此种薄带在[001]晶向上具有明显的织构组织。合金薄带的织构受热处理方式的影响，退火后织构发生弱化，随着?
本文编号：3326709
【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】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
化学成分X2YZ的Heusler合金L21和B2结构示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-图1-2形状记忆合金的弹热效应示意图a)加载应力；b)去除应力1.3.2弹热效应的表征通常采用等温熵变△Se和绝热温变△Tad来表征材料弹热性能，除了这两个主要参数外，材料的制冷能力RC值也可以用来衡量弹热性能。△Se和RC值能够采用计算公式来进行间接确定，而△Tad的确定方式不仅可以依据公式进行间接计算也能够通过设备测量进行直接确定。直接测量可采用外场下的差示扫描量热仪（DSC）来进行测量，虽然DSC一直以来只被用来测试材料的相变温度，但也有研究团队通过DSC设备成功得到了某一特定温度下的熵变[33-35]，但这种方法还没有普遍应用。此外还可以利用热电偶[36]来测量绝热温度变化（ΔTad），也可以采用不需要与试样接触的红外测温法[37]来进行测定。Pataky等[38]利用红外热成像仪成功确定了应力施加和释放进程中试样表层和内部的动态温度改变规律。事实上，实验过程中只有被测试的样品的应变速率大于0.1s-1时才能算是绝热状态。但直接测量也存在着一些的弊端，如测试环境不稳定，达不到直接测量对试验精度存在的要求，并且直接测量在人工操作上也有很高的要求。间接测量方法主要是通过应力应变曲线来近似估算出等温熵变，利用估算出的等温熵变近似得到绝热温变。此外制冷能力RC也是权衡材料制冷能力的其中一个主要指标。弹热制冷材料的制冷能力RCe能够利用公式1-1进行确定：RCe=|△Se(T)|dTThotTcold(1-1)1.4传统形状记忆合金的研究现状弹热制冷被认为是一种具有很大发展空间的能够代替气体压缩制冷的技术，吸引了很多研究人员的关注。弹热材料在进行可逆马氏体转变进程中会产生很大的等温熵变和绝热温变，由此出现了弹热效应。目前，应用比较广泛的固体制冷材料体系是传统形状?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-16-发具有较大可恢复应变的Ni-Mn基形状记忆合金是十分必要的。而对多晶材料来说，由于晶界对孪晶晶界移动过程强烈的束缚作用，其磁感生应变的数值非常微校考虑到单晶制备的成本高、周期长，科学家做了很多尝试，Dunand和Müllner提出[75]，通过晶粒长大或减小样品尺寸，使得合金中晶粒的大小贯穿试样的直径或厚度，可以减少合金中晶界密度（如图1-3）。如此，在马氏体变体再取向过程中来自晶界的束缚作用大大减小，有利于晶粒之间的协调变形。图1-3Ni-Mn基铁磁记忆合金合金的尺寸效应[75]（1）薄膜由于制备微器件需要的制冷材料尺寸很小，人们开始致力于研究制备小尺寸材料，其中薄膜材料已广泛应用于微电子工业，具有更加显著的使用前景。对Ni-Mn-X合金来说，主要是利用外延沉积法来制备薄膜，衬底一般为MgO、Si或Al。Akkera等[76]制备了Ni51.1Mn34.9In9.5Cr4.5合金薄膜，衬底为Si，沉积方向为[100]，在2T的磁场条件下，在322K获得的最大磁熵变Smax达7mJ/(cm3K)。对磁控溅射方法制备的四种厚度（90-655nm）Ni-Mn-In薄膜的研究表明[77]，该薄膜在室温下具有L21结构的母相，晶粒尺寸和结晶度随着薄膜厚度的增加而增加。厚度大于153nm的薄膜具有宽热滞后的一级马氏体相变，热滞后随薄膜厚度的增加而增加。纳米压痕研究表明，153nm厚度的薄膜硬度值较高，弹性模量为190GPa，制冷能力（RC）为155.04mJ/cm3。（2）薄带通过快冷甩带法制备的Ni-Mn-In薄带元素分布均匀，具有一定的织构（即薄带的晶粒沿着厚度方向取向生长）。丰焱等[78]制备了厚度为42μm，65μm和30μm的Ni45Mn36.6In13.4Co5薄带，此种薄带在[001]晶向上具有明显的织构组织。合金薄带的织构受热处理方式的影响，退火后织构发生弱化，随着?
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