磁性形状记忆合金研究进展

磁性形状记忆合金是上世纪90年代开始出现的一类新型金属功能材料。这类合金兼具热弹性马氏体相变和磁性转变,其形状记忆效应可以由磁场控制。此外这类合金还具有磁阻、磁热等丰富的物理效应,因而一直是近期研究热点。首先介绍了磁性形状记忆合金的3个基本特征,即马氏体相变与磁性转变、磁场驱动孪晶再取向和磁场诱发相变。然后分别对Ni基、Co基和Fe基磁性形状记忆合金的研究现状进行了评述。最后展望了磁性形状记忆合金的发展趋势。     

钛基高温形状记忆合金进展综述

形状记忆合金凭借其独特的形状记忆效应和超弹性成为了重要的金属智能材料,在航空航天、电子、汽车和医疗等领域展现出巨大的应用价值。二元近等原子比镍钛合金是最为成熟的形状记忆合金材料,但是镍钛合金难以在很高的温度环境下(100℃,373 K)实现应用。以航空航天、核反应堆等为代表的高温服役环境迫切需要具有高相变温度(373 K)且综合性能良好的形状记忆合金,因此,发展高温形状记忆合金是本领域面临的研究重点和难点。近年来,科研工作者们以新型钛基合金为研究对象,通过合金化元素设计,获得具有高马氏体相变温度的形状记忆材料,发展出Ti-Ta基、Ti-Zr基、Ti-Nb基、Ti-Mo基等新型高温形状记忆合金体系。在满足高温相变特性的基础上,这些合金体系体现出不同的性能特点,例如Ti-Ta基合金利用Ta元素有效抑制ω相的析出而提高合金塑性,Ti-Nb基合金具有良好的加工成型能力。此外,以Pd、Pt、Au等贵金属为合金化元素可以进一步提高材料的相变温度,加入Sn、Al、Ga等元素则可以适当降低相变温度,并改善材料的力学性能和功能特性。本文综述了Ti-Ta基、Ti-Zr基、Ti-Nb基、Ti-Mo基等主要钛基高温形状记忆合金体系的研究进展,着重分析了合金化元素对合金相变温度、形状记忆效应、力学性能的影响规律,对各类合金的性能优势及缺点进行了全面总结,提出了高温形状记忆合金研究中存在的问题和未来发展方向。     

不同加工态Ti-Ni基形状记忆合金相变、形变特性研究进展

综述了近年来有关化学成分和热处理工艺对Ti-Ni基形状记忆合金(SMA)相变、形变特性影响规律的研究进展,介绍了弹簧、薄膜、多孔、复合及单晶等不同加工态形状记忆材料及其特性的研究现状,指出了该研究领域今后的发展方向.通过加入适当的合金元素并选择合理的热处理工艺,可有效改变Ti-Ni基SMA的相变温度和相变热滞,进而可获得所需的形状记忆效应或超弹性特性.纤维化、薄膜化、多孔化、复合化是Ti-Ni基SMA今后的发展趋势.     

TiNi基高温形状记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应

综述了Ti-Ni基高温形状记忆合金中的马氏体相变和形状记忆效应最近研究进展。Ti-Ni基高温形状记忆合金主要包括用Ti-Ni-Pd,Ti-Ni-Pt,Ti-Ni-Zr和Ti-Ni-Hf等。对Ti-Ni基高温形状记忆合金体材料、薄带和薄膜中的马氏体相变、组织结构、形状记忆效应以及超弹性性能等进行了评述和归纳。值得注意的是,通过适当的时效处理可调节相变温度,显著改善Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的开头记忆效应和超弹性性能,其主要原因在于时效的Ti-Ni-Hf合金中析出纳米级析出相导致基体强度升高。采取适当的制备和加工方法,提高合金的马氏体相变温度,改善合金的开头记忆效应,是当前TiNi基形状记忆合金研究的主要发展趋势。     

Fe-Mn-Si基合金形状记忆效应的研究进展

概述了Si、Mn、Ni、Cr等化学成分以及时效处理和预变形等一些工艺因素对Fe-Mn-Si基形状记忆合金形状记忆效应的影响。对此类合金的形状记忆效应作用机理及其发展状况进行了概括总结,并提出了未来进一步的研究方向。     

新型磁驱动形状记忆合金研究进展

磁驱动形状记忆合金是一种新型功能材料,由于兼具大的输出应变和高响应频率等综合特性,成为智能材料领域的研究热点之一.本研究首先总结了Ni-Mn-Ga合金在相变和磁致应变性能方面的特点,然后着重介绍了Co-Ni-Ga和Ni-Fe-Ga两类新型磁驱动记忆合金在结构、相变、形状记忆效应、磁性能等方面的研究进展,并对其中存在的问题进行了讨论.     

Ti-Ni基记忆合金复合材料的研究进展

Ti-Ni形状记忆合金因具有优异的形状记忆效应和超弹性及良好的耐腐蚀性、生物兼容性等诸多优点,被广泛应用于航空航天、机械、电子、生物医用等领域。Ti-Ni基复合材料中Ti-Ni基体和增强相之间的交互作用可使其集优异力学性能、功能特性于一体。本文主要阐述了近几年采用不同方法制备的Ti-Ni形状记忆合金复合材料的最新研究进展,包括微观组织结构的演化规律、马氏体相变行为及力学性能和应变恢复特性。另外,对当前Ti-Ni形状记忆合金复合材料的制备技术存在的问题及未来的发展方向进行了分析和展望。      

TiNi基形状记忆合金的辐照效应

材料辐照效应是入射粒子与物质交互作用造成的物质微观组织结构与宏观性能的变化。辐照效应不仅是改善材料表面性能的重要手段,而且也是特殊环境应用材料可靠性评价的重要组成部分。TiNi基形状记忆合金是一种重要的金属智能材料,具有独特的形状记忆效应和超弹性,已在卫星、空间站等航天器以及生物医学中广泛应用。本文阐述了Ti-Ni基形状记忆合金在空间粒子(质子、电子)以及离子辐照改性的研究进展,辐照效应会对TiNi合金的微观组织结构产生影响,进而改变合金的相变行为和力学行为。然而目前关于TiNi基合金的辐照效应的研究仍处于起步阶段,组织结构和相变行为的变化规律和机理还未研究清楚,有关形状记忆效应的研究较少,仍需深入研究辐照参数、组织结构、相变行为和功能特性之间的内在联系。     

高温形状记忆合金的研究进展

本文综述了近年来有关高温形状记忆合金的最新研究进展。重点介绍了ＣｕＡｌＮｉ基，ＮｉＴｉ基及ＮｉＡｌ基三大系列高温形状记忆合金。概括了有关合金的设计，马氏体相变及形状记忆效应，显微结构特征，合金相稳定性及热处理效应，材料制备及生产加工工艺及性能等。     

形状记忆合金的应用及其特性研究进展

形状记忆合金是一种能在温度和压力作用下产生相变的金属智能材料,在交通运输、航空航天、生物医学等许多领域正在得到日益广泛的应用。随着先进工程技术对金属结构材料智能化、功能多样化等要求的不断提高,传统机械传动结构显现出稳定性差、结构复杂等弊端愈发难以满足现阶段的需求,形状记忆合金凭借自身优异的力学性能引起人们的极大关注,迫切需要对其多领域应用展开分析以促进学科交叉与融合。综述了形状记忆合金在汽车工业、航空航天、生物医学以及建筑领域的国内外应用前沿,分析了形状记忆效应、超弹性、高阻尼性、生物相容性、弹热效应等基本特性的研究进展,探讨了形状记忆合金研究目前存在不足以及未来应用前景和发展方向。     

磁驱动相变材料研究进展

磁驱动相变材料利用外磁控制下铁弹马氏体变体重排或磁诱导一级相变产生的形状记忆效应来捕获应变,兼具铁弹形状记忆与磁致伸缩功效特征。Heusler型Ni-Mn-X(X=Ga或In)系磁驱动相变合金材料具有磁感生应变大、能量密度高、反应速度快等优点,是未来重要磁传感器和磁驱动器研制的关键。主要介绍了国内外Ni-Mn-Ga、Ni-Co-Mn-In、反铁磁体等磁驱动相变材料的研究进展,以及本课题组利用高能X射线衍射和中子散射技术对磁驱动相变材料的原位研究。最后,展望了磁驱动相变合金材料的发展趋势。     

机械合金化和粉末冶金法制备Fe-Mn-Si基形状记忆合金的研究进展

铁基形状记忆合金由于价格低廉、强度高、加工性能好、可焊接等优点引起广泛重视。机械合金化(MA)和粉末冶金(PM)作为制备材料的新工艺,可以用来制备性能优越的形状记忆合金。本文详述了机械合金化和粉末冶金工艺在制备Fe-Mn-Si基形状记忆合金过程中对合金相变、组织与性能的影响,以及此类合金在新领域的应用。最后提出了现阶段在研究MA/PM工艺制备Fe-Mn-Si基SMA中有关工艺参数、相变机制以及回复应力和低温应力松弛所存在的问题。     

多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金的制备及磁学特性研究

首先采用球磨法制备了不同粒度的Ni-Mn-Ga-Co合金粉末,然后通过3D打印技术成功制备了泡沫结构的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金。利用SEM、DSC和XRD等研究了合金的微观组织特征、物相结构、相变特性和相关的磁性行为。结果表明,球磨后经过分筛得到的不同粒径尺寸的合金粉末均为不规则形状。Ni-Mn-Ga-Co合金粉末在室温下为非调制四方马氏体结构,其特征峰十分明显。Ni-Mn-Ga-Co合金的DSC曲线上出现宽峰相变,添加Co元素对马氏体转变温度开始值(Ms)基本没有影响,但其居里温度(Tc)有显著的提高。采用粒径为50~100μm的合金粉末烧结制备的磁性合金,饱和磁化强度最大可达68 Am^2/kg。合金粉末粒径越小,烧结制备的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金致密度越高。当合金粉末粒径<50μm时,致密度可达90%;当合金粉末粒径为50~100μm时,致密度仅为75%。相较于粒径较小的合金粉末,粒径较大的合金粉末制备的磁性合金磁感生应变能力更高,这是由于泡沫结构能够有效减少内部和外部的约束,从而有利于提高磁场诱导应变。     

Effect of rapid solidification on giant magnetostriction in ferromagnetic shape memory iron-based alloys

Ferromagnetic shape memory Fe–29.6 at.% Pd alloy ribbons prepared by the rapid solidification, melt-spinning method, showed a giant magnetostriction of 830 microstrain when an external magnetic field of 7 kOe was applied nearly normal to the ribbon surface at room temperature. This ribbon’s magnetostriction was several times as large as conventional polycrystalline bulk’s one before rapid solidification. The magnetostriction in the rolling direction depended strongly on a direction of applied magnetic field. We considered that this phenomenon is caused by a rearrangement of activated martensite twin variants just below the austenite phase transformation temperature. We investigated their basic material properties, i.e. the dependencies of magnetostriction on temperature as well as on magnetic angular orientation to the surface, magnetic properties, crystal structure, surface texture morphology and shape memory effect of Fe–29.6 at.% Pd ribbon samples by comparing with conventional bulk sample. It can be concluded that the remarkable anisotropy of giant magnetostriction of ribbon sample is caused by the unique uniaxial-oriented fine grain structure formed by the melt-spinning method. In addition, we confirmed the possibility of rapidly solidified Fe–Pt ribbon as a new kind of iron-based ferromagnetic shape memory alloys for magnetostrictive material.     

不同初始组织结构的形状记忆合金性能及参数的研究

NiTi形状记忆合金作为一种功能材料，以往的研究主要集中在材料领域。然而当它被用作主动变形结构中的驱动元件时，则需要对NiTi形状记忆合金在相变过程中的力学、电学和热学性能进行综合研究，本文从试验的角度出发，对具有不同初始组织结构的NiTi形状记忆合金的性能及参数进行研究，为更好地了解NiTi形状记忆合金的驱动机理和控制它的驱动行为打下基础，为形状记忆合金驱动器的设计提供参考和依据。     

Fe-Mn-Si系形状记忆合金研究近况

Fe-Mn-Si系形状记忆合金因其很好的可加工性和低廉的价格而备受关注.综述了该系形状记忆合金最近的研究工作,包括相变机制、影响因素,着重是提高和改善Fe-Mn-Si系合金性能的途径.主要通过选择合适的合金成分配比和摸索恰当的制备工艺来提高和改善Fe-Mn-Si系合金性能,叙述了该合金系不同合金元素和制备工艺对形状记忆效应的影响.     

Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的研究进展

Ti-Ni-Hf记忆合金因具有高相变温度、相对低廉的价格和高输出功等诸多优点而成为最具潜力的高温形状记忆合金之一。然而,Ti-Ni-Hf记忆合金基体强度低,变形过程中易优先发生塑性变形,从而使其可实现的可恢复应变远低于理论值。目前改善应变恢复特性的措施主要包括:热机械处理(冷轧+退火)、合金化、时效处理、制备单晶合金等。研究表明,Ti-Ni-Hf合金的应变恢复特性与微观组织结构密切相关。本文主要阐述了Ti-Ni-Hf记忆合金在近年来的最新研究进展,包含微观组织结构的演化规律、马氏体相变行为以及力学性能和应变恢复特性,并基于前期研究成果建立了微观组织结构-马氏体相变-力学与应变恢复特性的关联特性。当前,Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金冷、热加工性能差是其广泛应用的瓶颈。因此,Ti-Ni-Hf高温记忆合金的粉末冶金和增材制造可能是未来研究的热点与重点。