Ni-Mn-Ga纖維直徑和晶粒尺寸對超彈性和形狀記憶效應(yīng)的影響.pdf

1、隨著智能微器件向微小化的發(fā)展,對小尺寸智能材料的要求越來越高。智能材料尺寸較小帶來其特性的轉(zhuǎn)變,這種尺寸效應(yīng)形成規(guī)律和產(chǎn)生機理對其應(yīng)用具有重要意義。本文研究了Ni-Mn-Ga纖維直徑和晶粒尺寸對其超彈性和形狀記憶效應(yīng)的影響,分析了尺寸依賴性產(chǎn)生的原因。
　　采用高真空磁控鎢極電弧爐制備了名義成分為Ni50.3Mn26.9Ga22.8的鑄錠。通過DSC、OM、XRD對鑄態(tài)和熱處理態(tài)的相變溫度、金相組織、物相組成進(jìn)行了分析。采用熔體抽

2、拉法制備不同直徑的纖維,通過不同工藝參數(shù)的嘗試及對纖維 SEM的分析,發(fā)現(xiàn)鉬輪更適于制備不同直徑纖維,當(dāng)鉬輪轉(zhuǎn)速為1000rad/min和1200rad/min時,纖維制備量大,表面質(zhì)量好。通過XRD分析選出一組相變溫度在室溫附近的NMG4F1纖維,并選出三組不同直徑纖維。
　　對纖維進(jìn)行熱處理工藝的摸索,利用SEM、EDS分析不同工藝參數(shù)下晶粒長大及成分變化情況,發(fā)現(xiàn)晶粒大小隨時間變化符合B=Ctn規(guī)律,隨溫度變化符合（公式略）

3、;成分變化趨勢為:有序化熱處理均勻成分,晶粒長大熱處理時Mn元素有揮發(fā)趨勢,當(dāng)T≥1050℃時,Mn元素?fù)]發(fā)劇烈?；跓崽幚砉に嚨难芯窟x擇1000℃不同時間對NMG4F1纖維進(jìn)行晶粒長大熱處理。通過SEM、EDS分析驗證后選出一組不同晶粒尺寸少晶、竹節(jié)狀晶纖維。
　　通過對不同直徑制備態(tài)纖維進(jìn)行形狀記憶效應(yīng)與超彈性訓(xùn)練。結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同直徑纖維的雙程形狀記憶效應(yīng)尺寸效應(yīng)規(guī)律:直徑越小,相變溫度對應(yīng)力的敏感度(dT/dσ)、相變溫度滯

4、后(TΔ)越小;超彈性規(guī)律:直徑越小,相變應(yīng)力對溫度的敏感度(dT/dσ)、相變應(yīng)力滯后(σΔ)以及相變過程中能量耗散對溫度的敏感度(dΔE1％/dT)越大。分析馬氏體相變過程發(fā)現(xiàn),熱傳遞和摩擦功耗散是尺寸依賴性產(chǎn)生的主要原因,其機理為:雙程形狀記憶訓(xùn)練中,直徑越細(xì),相變過程中的熱傳遞速率越快,更易與外界及時進(jìn)行熱交換,從而使 TΔ和/dT dσ越小;超彈性訓(xùn)練中,直徑越細(xì),纖維的比表面積越大,提供界面增值的缺陷越多,產(chǎn)生的摩擦功越多,