Ni-Mn-Ga合金磁热效应的组分调节与等静压调控

Ni-Mn-Ga合金磁热效应的优化是制冷工程的研究热点之一。为深入研究Ni-Mn-Ga合金的磁热效应,以Ni_(54+x)Mn_(19-x)Ga_(27)(x=0、0.4、1.0,摩尔分数)为研究对象,利用实验手段研究了合金的相变特性、组分及等静压对合金磁热效应的优化与调控作用。结果表明:随着Ni含量的增加,Ni_(54+x)Mn_(19-x)Ga_(27)合金的马氏体相变温度逐渐升高,而居里温度则先减小再增大;当x=1.0时,合金出现了磁-结构相变。相同外加磁场时,合金的最大磁熵变的绝对值(|ΔS_M|_(max))及制冷量(W_(RC))随Ni含量的增加而增大。当磁场改变3 T时,合金x=1.0对应的|ΔS_M|_(max)和W_(RC)最大、约为8.2 J/(kg·K)和53.61 J/kg,分别是x为0、0.4的3.04、2.28倍与3.31、1.67倍。0.58 GPa等静压对合金x=1.0的|ΔS_M|_(max)影响可忽略不计,但等静压的应用有利于拓宽合金的相变温区、致使合金W_(RC)提高了43.82%。为便于比较和工程应用,给出了合金|ΔS_M|_(max)、W_(RC)与外加磁场H的依赖关系。研究结果为Ni-Mn-Ga合金磁热效应的优化、调控及工程应用具有较好的指导意义。     

Ni-Mn-Ga合金马氏体相变温度与相变温度跨度的等静压调控

Ni-Mn基合金在磁驱动器、传感器、固态磁制冷、负热膨胀材料等领域具有潜在的应用价值。相变温度跨度较窄制约了Ni-Mn基合金的实际应用。为了有效拓宽相变温度跨度,以Ni_55.5Mn₁₈Ga_26.5为研究对象,利用实验手段研究合金的结构、相变特性以及相变温度跨度与等静压的内在关系。结果表明：合金在室温下为四方马氏体结构,其马氏体相变温度高于室温。马氏体相变温度与相变温度跨度均随等静压的增大而逐步增大。在正、反马氏体相变过程中,相变峰值温度与相变温度跨度对等静压的敏感度分别约为29.35、25.88 K/GPa和42.11、39.46 K/GPa。显然,等静压的应用不仅有利于驱动Ni-Mn-Ga合金的马氏体相变,而且有助于其相变温度跨度的拓宽。这些研究结果为Ni-Mn-Ga合金相变的调控与相变温度跨度的拓宽具有较好的指导意义。     

Sn-Doped Mn3GaN Negative Thermal Expansion Material for Space Applications

采用球磨后放电等离子体烧结的方法制了化学成分为Mn3Ga1-xSnxN(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)的反钙钛矿锰氮化合物。研究了其热膨胀性能、导热性能和力学性能。结果表明:所有样品热膨胀性能与Sn含量有关,随着Sn含量的增加,负热膨胀温区向高温移动。其中,Mn3Ga0.9Sn0.1N化合物在279到338 K温区内的负热膨胀系数为–27.5×10-6 K-1,负热膨胀温区宽度为59 K。而Mn3Ga0.6Sn0.4N在363~400K温区内的热膨胀系数较小,接近零膨胀。此外,这类负热膨胀材料的热导率约为3.2 W·(m·K)-1,压缩强度约为210 MPa。     

适合于空间技术领域应用的Sn掺杂Mn_3GaN负热膨胀材料研究（英文）

采用球磨后放电等离子体烧结的方法制了化学成分为Mn3Ga1-xSnxN(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)的反钙钛矿锰氮化合物。研究了其热膨胀性能、导热性能和力学性能。结果表明:所有样品热膨胀性能与Sn含量有关,随着Sn含量的增加,负热膨胀温区向高温移动。其中,Mn3Ga0.9Sn0.1N化合物在279到338 K温区内的负热膨胀系数为–27.5×10-6 K-1,负热膨胀温区宽度为59 K。而Mn3Ga0.6Sn0.4N在363~400K温区内的热膨胀系数较小,接近零膨胀。此外,这类负热膨胀材料的热导率约为3.2 W·(m·K)-1,压缩强度约为210 MPa。     

Mg-Si二元合金热膨胀性能及Ca添加影响的研究

研究了Mg-xSi(x=1、2、3、4,质量分数)二元合金以及添加合金元素Ca的Mg-4Si-yCa(y=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)合金的热膨胀性能。结果表明,随着Si含量增加,Mg-Si合金热膨胀系数逐渐下降。当Si含量为4%时,室温(RT)至100℃的平均热膨胀系数由2.600×10~(-5)/℃下降至1.798×10~(-5)/℃;随着Ca含量增加,Mg-Si-Ca合金中初生Mg_2Si相的形态由树枝状晶转变为规则多面体,平均尺寸先减小后增加,合金的热膨胀系数先增加后逐渐下降。     

Mn3（Cu1-xGex）N的负热膨胀现象

在氮气保护下于1073 K用同相烧结法制备了Mna(Cu1-xGex)N化合物.XRD分析表明,这类化合物具有Mn3CuN型反钙钛矿相结构.采用激光干涉法测量了Mn3(Cu1-xGex)N化合物的线膨胀系数.结果表明,当Ge含量为0.40≤x≤0.60时,Mn3(Cu1-xGex)N在一定温度范围内出现负热膨胀现象;随Ge含量的增加,发生负热膨胀的温度升高且温区变宽,而负热膨胀性能减弱.当x=0.60时,发生负热膨胀的温度范围为250-290 K(273 K附近),线膨胀系数为65×10-6 K-1,具备应用潜力.热磁曲线表明,Mn3(Cu1-xGex)N化合物的负热膨胀现象发生在反铁磁性逐渐向顺磁性转变的过程中,由磁有序逐渐消失,自发磁化强度减小所引起的磁容积效应造成的.     

显微组织不均匀性对富Ti含量Ti-Ni合金负热膨胀行为的影响

采用真空电弧熔炼技术结合水冷铜模快速凝固工艺制备出在一定温度范围内具有负热膨胀行为的系列成分富Ti含量Ti_(100-x)Ni_x(x=38~50,摩尔分数,%)熔铸态与吸铸态合金。结果表明:合金的负热膨胀行为主要源于升温过程中B19′→B2逆马氏体相变所引起的体积变化。富Ti含量Ti-Ni合金在室温下的主要物相为B19′-NiTi相和Ti_2Ni相,通过热膨胀实验数据和混合定则(ROM)计算所得的B19′相、Ti_2Ni相和B2相的热膨胀系数值与文献报道实验结果非常接近。所制备合金的显微组织具有明显择优取向生长特征,导致合金的负热膨胀行为呈现显著的各向异性。当合金中Ni含量增加时,样品的负热膨胀系数沿最大冷却速率方向增大,而在垂直于最大冷却速率方向上先增大后减小。     

反钙钛矿结构Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N金属化合物的性能

采用氮气保护气氛下固相烧结法制备出Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N化合物,并对其性能进行了测试。通过多晶粉末X射线衍射进行了结构表征和热膨胀性能测试,结果表明:具有立方反钙钛矿结构的Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N化合物在420~470 K温度范围内表现出负热膨胀性能,其平均热膨胀系数为-13.3×10~(-6)K~(-1)。磁性测试结果表明:Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N化合物在457 K左右发生了顺磁-铁磁的磁性转变。力学性能测试结果表明:其维氏硬度范围为450~480 HV,抗压强度和压缩弹性模量分别为350 MPa和2.48 GPa,是一种高硬度脆性陶瓷材料,可以用来制造具有轻质、刚性、低膨胀和高加工性的器件。     

化学成分影响NiMnGa基合金热学及力-磁学性能研究进展

铁磁性记忆合金Ni-Mn-Ga具有可恢复应变大、响应速度快等优点，有望成为一种智能驱动与传感材料。该合金的热学特性、力-磁性能都对化学成分十分敏感。本文综述了Ni-Mn-Ga基马氏体结构转变温度和力-磁性能对化学成分依赖性：明确了马氏体类型、相变温度和居里温度的变化规律；总结了磁晶各向异性能和饱和磁化强度的变化趋势；探究了掺杂元素降低马氏体孪生应力内在机理。最后对Ni-Mn-Ga合金成分设计中存在的问题进行了探讨。     

深冷处理对TC6钛合金热导率和热膨胀系数的影响

对TC6钛合金进行深冷处理,通过对比深冷处理前后合金在25～600℃范围内的热导率和热膨胀系数的变化,探讨了深冷处理对TC6钛合金热导率和热膨胀系数的影响。结果表明:随着温度升高,经深冷处理合金的热导率先小于后大于未经深冷处理合金的热导率,而热膨胀系数则先略大于后小于未经深冷处理合金的热膨胀系数。600℃时,经深冷处理合金的热导率和热膨胀系数分别为7.95 W·m~(-1)·K~(-1)和1.17×10~(-5)·℃~(-1),较相同温度下未经深冷处理的分别增大和减小了14.88%(1.03 W.m~(-1)·K~(-1))和1.62%(0.19×10~(-6)·℃~(-1))。     

热处理和球磨对Ni-Mn-Ga-Nb合金显微组织和相变的影响（英文）

为了揭示时效和球磨后Nb掺杂Ni-Mn-Ga合金的相变演化,采用SEM、EDS、XRD、DSC和交流磁化率测试等技术研究时效和球磨双相Nb掺杂Ni-Mn-Ga合金的显微组织和相变。铸态合金主要由层状第二相组成,随着第二相含量增加,合金的马氏体相变逐渐减弱。1173 K淬火后第二相从层状转变为致密的棒状,且合金的马氏体相变增强。经673和873K时效后,含有较少第二相的3%Nb合金表现为一步相变,而含有较多第二相的6%Nb和9%Nb合金表现为两步马氏体相变和居里转变。球磨双相颗粒的马氏体相变和居里转变消失,1073 K退火后基体的高有序结构得到恢复,从而导致双相颗粒的马氏体相变和居里转变恢复。     

NiTi合金B2-B19′马氏体相变晶体学的拓扑模拟研究

运用拓扑模型研究了等原子比NiTi合金B2-B19'马氏体相变晶体学,根据最优扭转角(wo)准则计算得到wo=-0.969°,并获得了马氏体惯习面指数及母相-马氏体相界面位错结构特征,计算结果与实验测量值非常接近。NiTi合金马氏体相变所产生的相变应变包含一个平行于惯习面的剪切应变和一个垂直于惯习面的轴向应变,轴向应变量表示B2-B19'相变所引起的宏观体积变化为εHP33=6.6879×10-3,表明NiTi合金的负热膨胀现象来源于合金中马氏体相变所产生的相变应变。     

Ni52Mn21+xGa27-x(x=0-5)磁性形状记忆合金的相变

研究了非化学计量成分的多晶Ni52Mn21+xGa27-x(x=0-5)系列合金的热弹性马氏体相变和磁相变.合金的马氏体相变温度Ms随Mn含量的增加而升高,当x＞4时,Ms已经升高到室温以上,而马氏体相变滞后△T随z的增大而减小;合金的磁相变温度TC随z增加而升高,但变化范围不大,在z＞2后,Tc保持在348 K左右.实验获得了一种具有实用前景的合金成分--Ni52Mn25Ga23合金,其马氏体相变温度在室温以上,相变滞后仅为5 K.     

定向生长Ni50-xMn29+xGa21(x=0~4)合金的相变与磁感生应变

采用定向凝固方法制备Ni50-xMn29+xGa21(x=0~4)系列多晶合金,并研究合金组分对马氏体相变温度和磁性能的影响。结果表明,当x≤3时,合金的马氏体相变温度Ms随着x的增大而升高,而马氏体相变滞后ΔT随x的增大而减小;当x=3时,Ms升高到309.6 K,居里温度Tc为360 K;但是随着合金中Mn继续替代Ni,即x=4时,Ms降低到283.2 K,Tc为362 K。室温下测量Ni47Mn32Ga21样品的磁感生应变,无应力下其饱和磁感生应变值达到了–700×10-6,对应的磁场强度为4.5×105 A/m     

定向凝固Ni_(47)Mn_(32)Ga_(21)多晶合金的结构、相变及磁特性

采用定向凝固方法制备了Ni47Mn32Ga21多晶合金,通过XRD谱和金相照片研究合金的结构,通过对合金磁化强度与温度关系、电阻与温度关系、磁化曲线和磁感生应变曲线的测量分析,研究了合金的相变、磁化特性及磁感生应变特性。结果表明:Ni47Mn32Ga21合金在室温(298K)时为四方结构马氏体相,晶格参数a=b=0.593 8 nm,c=0.553 1 nm。合金的马氏体相变起始温度Ms和终止温度Mf分别为309 K和295 K,逆马氏体相变起始温度As与终止温度Af分别为306 K和319 K,居里温度TC为365 K。室温无压力下,Ni47Mn32Ga21合金有较好的双向可恢复磁感生应变,其饱和磁感生应变值达到-700×10-6。     

Co41Ni32Al27-xSix合金的马氏体相变和磁性转变

利用金相显微组织分析技术、示差扫描量热法(DSC)和振动磁力计(VSM),考察了Co41Ni32Al27-xSix合金中Si元素含量x对马氏体相变和铁磁性转变的影响,用X射线衍射方法分析马氏体相的结构类型.增加x能够显著提高合金的马氏体相变温度,并且同时提高铁磁性转变Curie点;在x≤5的范围内,x增加1可以造成马氏体相变温度提高50-60 K,同时Curie点提高大约10 K;马氏体相的晶体结构仍然是L10型有序结构,但是随着x的增加,单胞体积减小.讨论了马氏体相变温度和Curie点同时提高的原因.     

Ni_(54)Mn_(25)Ga_(15)Al_6高温形状记忆合金的微观组织和相变行为(英文)

研究Ni54Mn25Ga15Al6高温形状记忆合金的微观组织、马氏体相变特性、力学性能和形状记忆效应。通过与Ni54Mn25Ga21合金对比,分析添加第四组元Al对Ni-Mn-Ga合金性能的影响。结果表明:Ni54Mn25Ga15Al6合金为单一的四方结构非调制马氏体相并呈片状的马氏体孪晶板条形貌。该合金的马氏体相变开始温度超过190°C,具有发展成为高温形状记忆合金的潜力。在Ni-Mn-Ga合金中添加Al会降低马氏体相变温度,这主要归因于Al添加引入的晶格尺寸因素的改变。添加Al元素能有效提高合金的强度和塑性,但降低合金的形状记忆性能。     

淬速对Ni-Mn-Ga快淬合金相变的影响

采用快淬技术制备了Ni-Mn-Ga薄带合金,研究了不同淬速对Ni-Mn-Ga快淬合金相变过程的影响.结果表明,快淬合金具有典型的热弹性马氏体相变过程,但合金的马氏体相变开始温度Ms比铸态合金的有所降低,并随淬速的升高,快淬合金的Ms逐渐降低.Ni-Mn-Ga合金马氏体相变的热力学分析表明:快淬合金晶粒愈细小,Ms愈低;快淬工艺不改变合金的晶体结构;在不同淬速的快淬合金中有以(400)晶面为择优取向的织构存在.     

Ni52Mn23+xSn25-x(x=0,1,2)合金的磁性

利用X射线衍射和振动样品磁强计研究了Ni52Mn23 xSn25-x(x=0,1,2)合金的结构和磁性.结果表明,合金为铁磁性形状记忆合金.奥氏体具有强的铁磁性,而马氏体表现为顺磁或反铁磁性.磁化曲线表现出明显的磁场诱导马氏体相变行为.Sn含量对居里温度影响十分显著,而对马氏体相变温度影响很小.合金马氏体相变过程的温度范围很窄,约在5K以内.     

GdErCoAl非晶合金的玻璃形成能力及磁热效应

利用真空甩带机制备了成分为Gd_(56-x)Er_xCo_(24)Al20(x=0,16,24,32,40,48)的一系列非晶条带,并用高真空电弧熔炼炉铜模吸铸法制备了直径为3mm的大块非晶合金棒;然后对合金的结构、热稳定性和磁热效应进行了系统研究。研究结果表明,该系列合金有很好的玻璃形成能力、较高的热稳定性以及高的磁熵变(最大可达12.58J·kg~(-1)·K~(-1))和宽的磁熵变曲线峰。当x从0增加到48时,该系列合金在磁场变化为5T条件下制冷能力(RCP)分别是729J·kg~(-1)、736J·kg~(-1)、757J·kg~(-1)、621J·kg~(-1)、576J·kg~(-1)和435J·kg~(-1)。随Er含量的增加,合金磁转变类型从铁磁转变逐步到自旋玻璃转变,磁转变温度从112K降低到16.5K。Gd56-xErxCo24Al20系列的非晶合金优异的磁制冷能力,连续可调的磁转变温区,良好的热稳定性和软磁性能表明这系列合金在10~150K的范围内做为磁制冷材料拥有良好的应用前景。