發(fā)布時(shí)間：2020-04-18 13:14

【摘要】：NiTi合金具有良好的記憶效應(yīng)、超彈性及力學(xué)性能,是性能最優(yōu)良、應(yīng)用最廣泛的形狀記憶材料。彈熱制冷是利用應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變,通過加卸載循環(huán)制冷的新型固體制冷技術(shù),其中NiTi合金的彈熱性能受到了廣泛關(guān)注。本文采用冷拉拔和焦耳退火相結(jié)合的方法制備連續(xù)、直徑均勻且表面質(zhì)量好的NiTi合金纖維,研究熱處理對纖維成分、物相、顯微組織及馬氏體相變的影響,獲得晶粒尺寸為微米和納米量級的纖維,通過研究其超彈性、雙程形狀記憶效應(yīng),分析R相變和B19’相變的對應(yīng)的彈熱性能特點(diǎn)。對冷拉拔后獲得的直徑170μm的纖維進(jìn)行熱處理,發(fā)現(xiàn)1000℃固溶60min后晶粒尺寸為5-15μm(微米晶),而冷拉拔后在450℃時(shí)效30-180min后晶粒尺寸為20-40nm(納米晶)。固溶后的纖維在450℃時(shí)效15-2400min,通過差示掃描量熱儀(DSC)分析表明時(shí)效后的微米晶纖維B19’相變溫度隨時(shí)效時(shí)間迅速升高(300min后),相變溫差減小;納米晶纖維中B19’相變受到抑制,只發(fā)生R相變;隨后納米晶纖維在300℃下低溫時(shí)效60-300min,發(fā)現(xiàn)R相變溫度隨低溫時(shí)效時(shí)間增加而升高,其中時(shí)效60min和120min的纖維中發(fā)生兩步R相變。利用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)研究NiTi合金纖維中對應(yīng)于R相變和B19’相變的超彈性和雙程形狀記憶效應(yīng)。R相變溫度滯后小于5℃,應(yīng)力滯后小于10MPa,3次超彈性循環(huán)即可獲得穩(wěn)定的超彈性;而B19’相變溫度滯后大于60℃,應(yīng)力滯后大于200MPa,所以R相變較B19’相變具有更高的循環(huán)穩(wěn)定性;R和B19’相變均產(chǎn)生顯著的彈熱效應(yīng),300MPa應(yīng)力下R相變等溫熵變值約為20J/kg·℃、B19’相變則為60-80J/kg·℃。B19’相變RC值高達(dá)1921.1J/kg,且制冷工作溫度區(qū)間較R相變要寬,但是B19’相變滯后大,其彈熱效應(yīng)可逆性較R相變要差。對納米晶NiTi纖維馬氏體相變和彈熱性能研究發(fā)現(xiàn),納米晶纖維中不含Ni4Ti3析出相或者含量極低,內(nèi)應(yīng)力場小,R相變和B19’相變所需的驅(qū)動(dòng)力小;納米晶纖維中析出相含量低,減小了相變時(shí)的彈性應(yīng)變能,因此R相變的對稱性優(yōu)于微米晶纖維;另外納米晶纖維具有較高的屈服強(qiáng)度,其B19’相變超彈性溫度區(qū)間大于70℃、等溫熵變值可達(dá)到80J/kg·℃、制冷工作溫度區(qū)間在30-60℃之間、制冷能力RC值接近2000J/kg,而微米晶纖維中B19’相變超彈性溫度區(qū)間僅有10℃左右,最大等溫熵變值在60 J/kg·℃左右,制冷能力RC值不到400J/kg。綜合來看,納米晶纖維的綜合性能明顯優(yōu)于微米晶纖維。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文不表現(xiàn)出宏觀形狀變化，施加單軸外力后，相當(dāng)于對合金了篩選，即晶體學(xué)上有利的變體消耗其他方向變體并長大單一馬氏體變體的材料，表現(xiàn)出宏觀可見應(yīng)變，如圖（c）Mf 但低于 Ms 時(shí)，如圖（b）所示只有部分馬氏體變體的孿生的宏觀可見應(yīng)變小于圖（c）所示情況。應(yīng)力卸載后，馬保持宏觀應(yīng)變；重新將材料加熱至 Af 溫度以上后，馬氏體，奧氏體相不具有變體結(jié)構(gòu)，且相變時(shí)馬氏體和奧氏體相關(guān)系，這樣逆轉(zhuǎn)變后形成的奧氏體與變形前在晶體學(xué)上完量得到完全恢復(fù)，仿佛具有記憶一樣，如圖（a）所示[15]。變過程中受到阻力作用，一般只能產(chǎn)生單程形狀記憶效應(yīng)emory Effect, OSME)。

OSME)。圖 1-1 形狀記憶效應(yīng)示意圖[16]狀記憶合金具有雙程形狀記憶效應(yīng)(TW過程中完成應(yīng)變循環(huán)。不同的材料體系在不同的溫度區(qū)間內(nèi)發(fā)生。確定相變溫行熱循環(huán)，，得到如圖 1-2 所示的 T-ε 曲點(diǎn)和終了點(diǎn)之間溫度跨度很大，多數(shù)相升溫和降溫曲線不重合表明相變具有溫圖 1-2 中的 T1）不同。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG356.47

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 錢明芳;Ni-Mn-Ga鐵磁形狀記憶合金纖維的制備及應(yīng)力驅(qū)動(dòng)應(yīng)變特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

本文編號：2632129