Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹热制冷效应的研究现状

弹热制冷不仅具有大而可逆的温度变化,而且其驱动方式更为简单,同时兼具环保、高效、节能的特点,平衡了成本、制冷量、效率以及可行性,有望成为替代传统蒸汽压缩冷却技术的候选之一。本文综述了Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹性热效应的研究进展,从掺杂合金元素、热处理方法以及制备工艺等多个方面,总结了近年来对Ni-Mn基合金弹性热效应进行改进优化的研究成果。然而,目前Ni-Mn基合金弹热制冷材料的研究仍处于探索阶段,实现其实际应用还需进一步深入研究。未来的研究重点应集中在降低驱动能耗、提升疲劳寿命和循环稳定性、提高绝热温变以及优化传热效率等方面。     

Mn-Fe-P-Si合金磁热性能的研究进展

作为传统蒸气-压缩技术的潜在替代技术,磁制冷技术因高效、环保而备受关注。磁制冷技术基于磁性材料的磁热效应。磁热材料作为磁制冷机的关键组成部分,其性能制约着磁制冷技术的发展。在磁热材料中,Mn-Fe-P-Si合金由于具有大磁热效应、成本低和磁热性能可调控等优势,被认为是极具发展前景的室温磁制冷材料,受到研究者的广泛关注。本文主要综述了近年来国内外关于Mn-Fe-P-Si合金磁热性能及其调控的相关研究进展,为Mn-Fe-P-Si磁制冷材料的进一步研究提供参考。     

近室温La(FeSi)13型磁热材料研究现状及展望

磁制冷作为传统气体压缩制冷的替代技术具有独特和显著的优势，有望在近室温进行应用以应对环境保护与能源短缺的问题。La(FeSi)₁₃型磁热材料作为能够应用于近室温的磁热材料之一，具有高磁热效应，宽可调节温区，成本低等优势，但由于其制备方法复杂、耐用性差等因素目前仍处于研究阶段。本文简要介绍了La(FeSi)₁₃型磁热材料的发展与其巨磁热效应原理，并详细综述了不同元素含量下材料居里温度、磁熵变与磁滞热滞的变化规律，以及热处理、制备方法和材料复合对材料性能的影响，重点探讨了对应用于近室温的该类型材料的性能调控方法。最后，对近室温La(FeSi)₁₃型磁热材料的性能调控方法进行展望，指出其未来可能的发展方向。     

GdAl磁制冷工质材料的磁热效应

对成本较低、抗氧化性好的GdAl磁制冷工质材料制作工艺和性能进行了研究。比较了铸锭法和熔体快淬法对磁制冷工质材料组织结构和性能的影响。用直接测量法测其在外加磁场为1．2T，温度变化范围在-10℃～30℃下的磁热效应。结果表明：熔体快淬法制备的磁工质材料晶粒尺寸小于铸锭法，但其磁热效应和居里温度均低于铸锭样，原因是熔体快淬法制备的磁制冷工质材料中相结构发生变化，磁热效应优良的Gd3Al2相减少，性能较差的GdAl3相增加。同时，与铸锭组织相比，细晶组织内部出现大量的晶界，晶界处原子排列的无序度增加，材料的比热升高，导致磁热效应降低。再者，细晶晶界处的原子密度和配位数远远偏离了完整晶体的晶体结构，从而使配位数Z降低而导致居里温度降低。     

Ti-Ni形状记忆合金的性能劣化问题

Ｔｉ－Ｎｉ形状记忆合金的性能劣化问题形状记忆合金现已开发了不下数十种之多,但作为实用材料而得到广泛利用的惟有Ｔｉ－Ｎｉ系合金,因为这种合金具有极稳定的形状记忆和超弹性功能,同时还具有优良的加工性、强度、耐蚀性和生体相容性等性能。因此,除了广泛的工业应...     

CuZnAl形状记忆合金热机械循环滞回曲线与振动衰减特性研究

运用电子万能拉伸试验机、动态数据采集分析仪,测试了CuZnAl形状记忆合金的力-变形滞回曲线和安装有CuZnAl形状记忆合金耗能器框架结构的减振性能.借助透射电镜、X射线衍射仪,分析了CuZnAl形状记忆合金热机械循环过程中显微组织的变化.比较了不同热处理方式、不同相变点的CuZnAl形状记忆合金热机械循环后的滞回曲线面积及减振性能.试验结果表明:CuZnAl形状记忆合金用于框架结构的被动振动控制具有较好的减振性能,同时明显降低框架结构的振动频率.马氏体CuZnAl形状记忆合金耗能器具有较大的耗能能力,热机械循环数十次以后滞回面积亦大幅度减小,但相变点高的CuZnAl形状记忆合金的滞回面积减小幅度较小.     

二元Ti-Zr合金微观结构和形状记忆效应

近年来,新型钛基无镍合金以其良好的生物相容性、耐腐蚀性、低弹模、高相变温度等特性成为了形状记忆合金领域的研究重点。北京航空航天大学李岩等人采用X射线衍射、金相、透射电镜、差示扫描量热分析、压缩应力-应变实验等方法系统研究了TixZr100-x(x=20、30、50、70、80,原子分数)合金的微观组织结构、相变特性、力学性能及形状记忆效应。     

MM'X型磁相变材料的若干研究进展

在向绿色可持续发展目标迈进的过程中,能效比低且排放温室气体的传统气体压缩制冷技术面临较大环保压力.基于磁热效应的磁制冷技术绿色而高效,是新型固态制冷领域中具有较大实用化潜力的一种.磁制冷技术的核心是寻找成本低廉、无毒害、制冷区间大以及制冷效率高的制冷工质材料.近年来,具有马氏体相变的MM'X型化合物由于其较宽的相变调节...     

Gd0.95Nb0.05合金磁热效应的研究

采用X射线衍射技术、直接磁热效应测量仪和VSM振动样品磁强计研究电弧熔铸和400℃,1h热处理后低纯Gd0.95Nb0.05合金的磁热效应。结果表明:适量Nb的加入不改变商业Gd的居里温度,但明显提高了商业Gd的磁热效应,最大绝热温变由3.1K增加到3.5K,1.5T磁场下最大磁熵变为3.99J/(kg·K);Gd0.95Nb0.05合金经过400℃,1h热处理后,居里温度提高了2K,最大绝热温变和最大磁熵变有不同程度的增加。与高纯Gd相比,商业原料制备的Gd0.95Nb0.05合金成本低廉,是一种非常实用的磁制冷工质材料。     

俄科研人员发现钛镍合金热机械处理最佳参数

近日,俄罗斯国立研究技术大学的科研人员首先发现了钛镍合金的热机械处理最佳参数,从而改进了生产医学形状记忆合金的技术。新方法可提升现有手术设备的可靠性,并开发出许多新产品。形状记忆合金是受到严重变形后能够恢复形状的材料。目前,使用最广泛的是基于钛镍合金的形状记忆合金,其被用于具有高可靠性要求的医学植入物和智能医疗设备中,例如可移动式手术支架或血管支架。     

高熵形状记忆合金相变行为研究现状

随着先进工程技术对形状记忆合金性能要求的不断提高,传统形状记忆合金愈发难以满足要求,高熵形状记忆合金应运而生,引起了研究者的极大关注。高熵形状记忆合金相较于传统形状记忆合金具有显著提高的可回复应变、屈服强度、高温物相稳定性和超弹性等特性,具有广阔的应用前景。本文对高熵形状记忆合金的研究现状、马氏体相变和形状记忆效应等进行了简要的论述,并对高熵形状记忆合金目前存在的不足和未来的发展进行了展望。     

高熵形状记忆合金的研究进展

高熵形状记忆合金是在等原子比NiTi合金的基础上,结合高熵合金的概念,逐渐发展起来的一种新型高温形状记忆合金。近年来,已开发出了综合性能优异的(TiZrHf)50(NiCoCu)50系和(TiZrHf)50(NiCuPd)50系高熵形状记忆合金,引起了广泛的关注和研究兴趣。本文从物相组成、微观组织、马氏体相变行为、形状记忆效应和超弹性等角度出发,综述了高熵形状记忆合金的研究进展,并对高熵形状记忆合金未来的研究重点进行了展望。     

Ni—Mn—Ga铁磁性形状记忆合金的最新研究进展

Ni—Mn—Ga合金是Heusler合金中唯一兼有铁磁性和形状记忆效应的材料,有望成为一种理想的智能驱动材料。本文系统阐述了近年来Ni—Mn—Ga磁性形状记忆合金的重要研究进展,着重介绍了目前研究的合金的成分、添加元素、外磁场、制备工艺、模型及其应用方面的一些最新的研究成果,并提出了磁性形状记忆合金目前存在的问题。     

形状记忆合金在航空工业中的应用研究进展

形状记忆合金具有高能量密度，作为驱动器使用不会引起重量的显著增加和空间的过度占用，因而在航空航天器的一些结构中具有良好的应用前景。本文对航空工业中使用形状记忆合金作为驱动器，应用于飞机机翼结构、进气道结构和发动机的相关研究进行了总结，并提出形状记忆合金在航空工业中应用的未来研究方向。     

Pulsed Nd:YAG laser cutting of NiTi shape memory alloys—Influence of process parameters

Shape memory alloys (SMAs), in particular Nitinol (NiTi), are of increasing interest in research and industry due to their outstanding properties, e.g. the shape memory effect (SME) and high biocompatibility. Obviously, it is necessary to machine these elements from NiTi sheet materials using suitable processing methods that provide high precision and retain the shape memory effect. Pulsed Nd:YAG laser cutting of 1 mm thick NiTi shape memory alloys for medical applications (SMA-implants) has been investigated. Due to the local energy input only small heat-affected zones (HAZ) occur and the shape memory properties remain. The influence of key parameters like pulse energy, pulse width, and spot overlap on the cut geometry, roughness and HAZ is shown.     

Mechanisms of change of shape in deforming and heating titanium alloys with the shape memory effect

Alloys with the shape memory effect based on titanium nickelide are well known and used quite widely in medicine, aircraft and spacecraft engineering, and other fields of mschine building. These alloys are used in creating thermomechanical parts of structures, temperature-sensitive gauges, and thermoregulators. Titanium alloys with the shape memory effect that posses high damping properties are used when vibrations and noise have to be limited in order to provide effective operation of machine parts and engineering systems as a whole. Commercial titanium-base alloys have lower characteristics of shape regeneration than alloys based on titanium nickelide. However, commercial alloys are much less expensive and are used to produce a wide range of semifinished products. In these materials the characteristics of shape regeneration and damping are often determined by the mechanism of change of shape in deformation, which has not yet been studied appropriately. The present work is devoted to the mechanisms of inelasticity in titanium alloys in various stages of the action of the shape memory effect. Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 4, pp. 12–16, April, 1998.     

不同合金成分对FeMnSi系合金形状记忆效应的影响

综述了该系形状记忆合金最近的研究工作以及提高和改善FeMnSi系合金性能的主要途径。主要通过选择合适的合金成分配比来提高和改善FeMnSi系合金性能,叙述了该合金系不同合金元素工艺对合金形状记忆效应的影响。     

NiTi形状记忆合金激光增材制造研究进展

NiTi形状记忆合金卓越的功能特性,生物相容性,高阻尼及低刚度,耐腐蚀等性能,深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难,成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术,能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构,在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比;激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响;及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。     

Challenges in using waterjet machining of NiTi shape memory alloys: An analysis of controlled-depth milling

The nickel-titanium shape memory alloys (NiTi SMAs) have a very high potential for a wide variety of applications thanks to their unique mechanical properties: shape memory effect and pseudoelasticity. However, they have been proved to be more challenging to cut than other advanced engineering materials because of their high ductility, crystal-oriented and stress-oriented mechanical properties. In stark contrast to the extensive work on the metallurgical/microstructural properties of the SMA, there is limited research regarding non-conventional machining of this group of special alloys.Waterjet technology is well-known for cutting advanced difficult-to-cut materials owing to its benefits of reduced mechanical and thermal damages to workpiece surfaces. This paper reports for the first time the use of waterjet technology to mill the functional shape memory alloys and thus to open new avenues for the utilisation of these alloys for advanced engineering applications (e.g. aerospace, medical fields). However, when it comes to NiTi SMAs (characterised by low temperature phase martensite and parent phase austenite), the insignificant waterjet temperatures become critical to the material behaviour as their crystal structures are sensitive to the variations in both temperature and mechanical compression. This makes the processing (particularly waterjet controlled-depth milling) a real challenging task.By taking into consideration both of the waterjet temperatures at different material removal conditions (i.e. with and without abrasives in the focussing tube) and the transformation temperatures of NiTi, three different working zones (100% martensite; mix of austenite and martensite; 100% austenite) under waterjet process have been proposed. In addition, a combined phase and stress-strain diagram for shape memory effect in martensitic phase and pseudoelasticity in austenite phase of NiTi has been suggested. In this paper, Ni_49.8Ti_50.2 shape memory alloy was considered in which its transition temperature range is overlapped with the waterjet operating temperature; two approaches of waterjet processes (plain and abrasive waterjet milling) were proposed so as to investigate the mechanical and metallurgical effect provoked by the relationship between operating temperatures and transformation temperatures. It was found that abrasive waterjetting is more viable than plain waterjetting for controlled-depth milling of NiTi shape memory alloys.