铁磁型Fe-Ga基高阻尼合金的内耗机制及性能优化研究
发布时间：2021-07-12 10:02
铁磁型高阻尼合金由于具有温度不敏感性（-200～380℃）、高阻尼稳定性、适用振幅区域宽（尤其是在低振幅区域下）、价格低廉等特性,因而有望在交通运输、船舰、航空航天等领域中得到广泛应用,特别是在极端条件下的应用,例如核反应堆和潜艇发动电机等高温环境以及人造卫星工作的太空环境（-100～100℃）。铁磁型高阻尼合金在这些振动环境中应用不仅可以有效降低阻尼减振器的结构复杂性、而且可以节约原料和制备成本。然而,相比基于晶界滑移机制的高阻尼合金（如Mn-Cu合金,阻尼值Q-1～0.05）,铁磁阻尼合金的阻尼值相对较低（Q-1～0.01）,因而有必要探索新的高阻尼铁磁合金,并研究元素组成成分、制备工艺对阻尼性能的影响和机制。Fe-Ga合金是新一代的磁致伸缩材料,其良好的力学性能和磁致伸缩性能,弥补了以Fe-Al和Ni基为代表的低磁致伸缩系数传统磁致伸缩材料和以Tb-Dy-Fe为代表的低力学性能超磁致伸缩材料之间的不足,故自21世纪初由美国海军国家实验室发现以来一直备受科研人员关注和重视。由于磁机械滞后损耗与磁致伸缩系数密切相关,在不考虑应力分布状态的情况下,磁机械滞后阻尼与磁致伸缩系数呈正相关性...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２?Ｆｅ－１７Ｇａ合金低温（ａ）和高温（ｂ）的阻尼性能
?第一章绪论???称为线性磁致伸缩，并假设材料的体积保持不变。这一现象在图１－５中描述［４］，??其中向退磁的铁磁样品施加外部磁场会由于磁矩的翻转而导致尺寸的改变。磁弹??性耦合是由于组成磁性材料的相邻原子的位置随着它们的磁矩和刚性连接的各??向异性电荷云的旋转而移动而产生的。这些原子的电子自旋从初始构型（归因于??随机化的能量最小化状态）重新定向为与外场对准，以最小化系统中的总能量。??ＡＩ??Ｈ?＝?０??Ｈ?＊??图１－５磁致伸缩模型??１．３内耗及阻尼的基本概念??１．３．１内耗的基本定义和表征方法??振动着的固体，即使与外界完全隔绝，其机械振动也会逐渐衰减下来，这种??由于内部的某种物理过程引起的机械振动能量损耗为热能的现象就是内耗。内耗??可用品质因子的倒数来表示，即：??１＝丄，?（１．５）??ｖ?２ｎ?Ｗ?ｖ?＇??其中ＡＷ表示试样振动一周损耗的能量，Ｗ表示试样振动一周储存的最大弹??性能。由于一个周期可以表示为２ｔｔ的弧度。所以内耗值是单位弧度的振动能量的??相对损耗［１４］。??测量内耗的仪器称为内耗仪。根据内耗研宄现状，目前广泛应用的测量方法、??常见仪器如表１－３所示。其中，多功能扭摆内耗仪由于可以施加大的外加应力，??分辨率高，因而特别适用于金属材料内部缺陷弛豫、相变等行为的研宄。??除表１－３中所列的内耗测试方法，也可以通过拉伸试验机和纳米压痕仪等测??量应力应变滞后环，以及通过原子力显微镜（ＡＦＭ）测量共振吸收谱等方式从而??计算出内耗。值得注意的是，纳米压痕仪在衡量薄膜、微纳材料的内耗能力（阻??尼）具有独特的优势。下面简单介绍下在低频测量中自由衰减和强迫振动
?第一章绪论???ＡｆＡ?Ａ??（１１?＃?ＩＵ?Ａ?＊?？?？、??ＩＨｉｔｈ??图１￣６振幅哀减不意图??图１－７强迫振动示意图??１．３．２滞弹性固体的标准唯象模型??对于理想弹性体，施加于物体上的力总是与物体发生的应变呈线性关系，如??果外加应力保持不变，那么应变也保持不变。理想弹性体的应力应变遵循Ｈｏｏｋｅ??定律，??ａ?＝?Ｅｅ?或者?￡＝］（ｊ，?（１－１０）??其中Ｅ为弹性模量，／为柔度。对于弹性体，其变形是完全可恢复的，具有瞬??时性。然而，当对材料外加一恒定应力时，如果应变不是瞬时响应于应力，即具??有时间依赖性，同样地，当撤掉外加应力时，材料的应变同样具有时间依赖性，??随着时间变化逐渐恢复为初始态，这种力学行为就表现出滞弹性。从理论上说，??在所有材料中都存在滞弹性行为，但在大多数材料中这种行为不明显。然而，有??些材料可能表现出显著的滞弹性应变，这取决于温度、应力和时间。表１－４总结??了在不同材料中观察到的不同类型的力学行为。??因此不同材料在不同条件下，需要根据实际情况应用恰当的模型对材料的内??耗行为进行表征和评估。对于金属材料，在外加低应变条件下，其行为是符合滞??弹性的，而在高温下（通常高于再结晶温度）其力学行为倾向于粘弹性体；而液??体和高分子材料的行为则为粘弹性。这里只讨论固体的滞弹性行为［１４］。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型磁致伸缩材料FeGa合金研究进展[J]. 温术来,王栋樑. 磁性材料及器件. 2017(04)
[2]硅含量对Fe-Cr基减振合金微观组织和内耗性能的影响[J]. 于学勇,潘毅,程凤军,董守军. 铸造技术. 2007(01)
[3]Fe-Ga合金磁致伸缩材料的研究进展[J]. 李勇胜,张世荣,杨红川,李扩社,徐静,于敦波. 稀有金属. 2006(05)
[4]Fe72.5Ga27.5合金的相结构和磁致伸缩性能[J]. 徐翔,蒋成保,徐惠彬. 金属学报. 2005(05)
[5]Fe-Cr系合金内耗机理分析[J]. 梅峰,车成卫,潘宗诗. 湖北大学学报(自然科学版). 2001(01)
[6]压电材料的发展及应用[J]. 张传忠. 压电与声光. 1993(03)
[7]Ta-O的Snoek-Kster弛豫[J]. 李广义,潘正良,张进修. 金属学报. 1985(01)
本文编号：3279703
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２?Ｆｅ－１７Ｇａ合金低温（ａ）和高温（ｂ）的阻尼性能
?第一章绪论???称为线性磁致伸缩，并假设材料的体积保持不变。这一现象在图１－５中描述［４］，??其中向退磁的铁磁样品施加外部磁场会由于磁矩的翻转而导致尺寸的改变。磁弹??性耦合是由于组成磁性材料的相邻原子的位置随着它们的磁矩和刚性连接的各??向异性电荷云的旋转而移动而产生的。这些原子的电子自旋从初始构型（归因于??随机化的能量最小化状态）重新定向为与外场对准，以最小化系统中的总能量。??ＡＩ??Ｈ?＝?０??Ｈ?＊??图１－５磁致伸缩模型??１．３内耗及阻尼的基本概念??１．３．１内耗的基本定义和表征方法??振动着的固体，即使与外界完全隔绝，其机械振动也会逐渐衰减下来，这种??由于内部的某种物理过程引起的机械振动能量损耗为热能的现象就是内耗。内耗??可用品质因子的倒数来表示，即：??１＝丄，?（１．５）??ｖ?２ｎ?Ｗ?ｖ?＇??其中ＡＷ表示试样振动一周损耗的能量，Ｗ表示试样振动一周储存的最大弹??性能。由于一个周期可以表示为２ｔｔ的弧度。所以内耗值是单位弧度的振动能量的??相对损耗［１４］。??测量内耗的仪器称为内耗仪。根据内耗研宄现状，目前广泛应用的测量方法、??常见仪器如表１－３所示。其中，多功能扭摆内耗仪由于可以施加大的外加应力，??分辨率高，因而特别适用于金属材料内部缺陷弛豫、相变等行为的研宄。??除表１－３中所列的内耗测试方法，也可以通过拉伸试验机和纳米压痕仪等测??量应力应变滞后环，以及通过原子力显微镜（ＡＦＭ）测量共振吸收谱等方式从而??计算出内耗。值得注意的是，纳米压痕仪在衡量薄膜、微纳材料的内耗能力（阻??尼）具有独特的优势。下面简单介绍下在低频测量中自由衰减和强迫振动
?第一章绪论???ＡｆＡ?Ａ??（１１?＃?ＩＵ?Ａ?＊?？?？、??ＩＨｉｔｈ??图１￣６振幅哀减不意图??图１－７强迫振动示意图??１．３．２滞弹性固体的标准唯象模型??对于理想弹性体，施加于物体上的力总是与物体发生的应变呈线性关系，如??果外加应力保持不变，那么应变也保持不变。理想弹性体的应力应变遵循Ｈｏｏｋｅ??定律，??ａ?＝?Ｅｅ?或者?￡＝］（ｊ，?（１－１０）??其中Ｅ为弹性模量，／为柔度。对于弹性体，其变形是完全可恢复的，具有瞬??时性。然而，当对材料外加一恒定应力时，如果应变不是瞬时响应于应力，即具??有时间依赖性，同样地，当撤掉外加应力时，材料的应变同样具有时间依赖性，??随着时间变化逐渐恢复为初始态，这种力学行为就表现出滞弹性。从理论上说，??在所有材料中都存在滞弹性行为，但在大多数材料中这种行为不明显。然而，有??些材料可能表现出显著的滞弹性应变，这取决于温度、应力和时间。表１－４总结??了在不同材料中观察到的不同类型的力学行为。??因此不同材料在不同条件下，需要根据实际情况应用恰当的模型对材料的内??耗行为进行表征和评估。对于金属材料，在外加低应变条件下，其行为是符合滞??弹性的，而在高温下（通常高于再结晶温度）其力学行为倾向于粘弹性体；而液??体和高分子材料的行为则为粘弹性。这里只讨论固体的滞弹性行为［１４］。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型磁致伸缩材料FeGa合金研究进展[J]. 温术来,王栋樑. 磁性材料及器件. 2017(04)
[2]硅含量对Fe-Cr基减振合金微观组织和内耗性能的影响[J]. 于学勇,潘毅,程凤军,董守军. 铸造技术. 2007(01)
[3]Fe-Ga合金磁致伸缩材料的研究进展[J]. 李勇胜,张世荣,杨红川,李扩社,徐静,于敦波. 稀有金属. 2006(05)
[4]Fe72.5Ga27.5合金的相结构和磁致伸缩性能[J]. 徐翔,蒋成保,徐惠彬. 金属学报. 2005(05)
[5]Fe-Cr系合金内耗机理分析[J]. 梅峰,车成卫,潘宗诗. 湖北大学学报(自然科学版). 2001(01)
[6]压电材料的发展及应用[J]. 张传忠. 压电与声光. 1993(03)
[7]Ta-O的Snoek-Kster弛豫[J]. 李广义,潘正良,张进修. 金属学报. 1985(01)
本文编号：3279703
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