發(fā)布時間：2018-04-08 10:51

  本文選題：形狀記憶合金　切入點：超彈性　出處：《北京科技大學》2015年博士論文

【摘要】：Ni-Mn-Ga形狀記憶合金是一類新型磁控形狀記憶合金,Ni或Mn含量高于化學計量比Ni2MnGa的Ni-Mn-Ga合金具有很高的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(高達350℃),是一種潛在的高溫形狀記憶合金材料。但Ni-Mn-Ga和大多銅基形狀記憶合金只在單晶狀態(tài)下具有延性,多晶通常呈現(xiàn)脆性,這與材料晶粒粗大,容易發(fā)生沿晶斷裂有關(guān)。本文針對Cu-Sn和Ni-Mn-Ga形狀記憶合金存在的多晶脆性問題,提出采用玻璃包覆法制備形狀記憶合金微絲,通過快速冷卻細化晶粒,成功制備出了具有良好力學性能的Cu-Sn和Ni-Mn-Ga形狀記憶合金微絲。 利用自主開發(fā)的玻璃包覆紡絲設(shè)備,通過探索制備Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al和Cu-Sn形狀記憶合金,Ni-Mn-Ga磁控形狀記憶合金以及Co-Si-B非晶合金微絲,總結(jié)了微絲的制備條件。通過分析溫度降低過程中,玻璃和合金粘度的變化,得出微絲的成型過程分為三階段：第一階段為表面玻璃毛細管冷卻至玻璃軟化點后硬化成型,第二階段為毛細管中晶核的形成與長大,或者為合金液的玻璃轉(zhuǎn)變,第三階段為絲芯與外層玻璃冷卻至室溫。 TEM觀察表明Cu-15.0at.%Sn形狀記憶合金微絲室溫具有納米晶/非晶結(jié)構(gòu),HRTEM分析發(fā)現(xiàn)微絲中具有D03結(jié)構(gòu)的β1納米晶,這些納米晶鑲嵌在非晶基體中。微絲具有良好的形狀記憶效應和超彈性性能,馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms為156K。微絲的斷裂強度達到512MPa,發(fā)生斷裂前總應變達到14%。 隨著Sn含量的增加,Cu-Sn合金微絲室溫組織逐漸由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,微絲的斷裂應力逐漸增大,誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界應力也逐漸提高。Sn含量14～16at.%的微絲都表現(xiàn)出一定的超彈性,Cu-16.0at.%Sn微絲在總應變?yōu)?%時,恢復率仍然達到了92%。當Sn含量增加到17.5at.%時,開始析出高度有序的6相。 對Cu-16.0at.%Sn微絲在750℃熱處理5小時后水冷淬火,得到了竹節(jié)狀組織的Cu-16.0at.%Sn形狀記憶合金微絲,研究表明,竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)的微絲相對于非竹節(jié)狀的晶粒粗大的微絲具有更好的超彈性性能。 Cu-Sn合金力學性能與晶粒尺寸的關(guān)系呈現(xiàn)兩端性,即晶粒尺寸足夠小或者晶粒尺寸大到與微絲直徑相當時,合金具有較好的力學性能,而晶粒粗大時則通常容易脆性斷裂。這與晶界強度、析出相以及變形過程中應力集中有關(guān)。 玻璃包覆法制備的Ni54Mn25Ga21微絲在室溫和熱水(60～80℃)之間具有顯著的雙程形狀記憶效應。通過細化晶粒,Ni-Mn-Ga微絲的力學性能得到極大改善。Ni53Mn26Ga21微絲40℃下具有高達8%的超彈性應變,這是目前為止Ni-Mn-Ga合金中獲得的最大超彈性應變。誘發(fā)馬氏體的臨界應力隨溫度的變化值dσ/dT為1.11MPa/℃。室溫下馬氏體狀態(tài)的微絲的磁滯回線測試表明,微絲存在磁場誘發(fā)馬氏體孿晶變體再取向現(xiàn)象。
[Abstract]:Ni-Mn-Ga shape memory alloy (SMA) is a new type of magnetically controlled shape memory alloy (SMA), which has higher martensite transition temperature (up to 350 鈩，

本文編號：1721285