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磁性形状记忆合金

更新时间:2015-10-24 来源:

【新闻摘要】 自从1996 年K.Ullakko等人在化学计量比Ni-Mn-Ga 单晶中获得0.2%的可恢复应变,并证实该应变是由马氏体孪晶变体再取向所引起的以来,以Ni-Mn-Ga为代表的磁性形状记忆合金引起了科研工作者极大的关注和广泛的兴趣。目前...

         自从1996 年K.Ullakko等人在化学计量比Ni-Mn-Ga 单晶中获得0.2%的可恢复应变,并证实该应变是由马氏体孪晶变体再取向所引起的以来,以Ni-Mn-Ga为代表的磁性形状记忆合金引起了科研工作者极大的关注和广泛的兴趣。目前已在Ni48.8Mn29.7Ga21.5单晶中得到约10%的可恢复磁感生应变。


       传统的形状记忆合金在马氏体状态下进行塑性变形后,再将其加热到Af温度以上,便会自动回复到母相的状态;如果将其再次冷却到Mf温度以下,它又会自动回复到原来经塑性变形或马氏体的形状。而且具有远大于其它驱动材料的应变量,但必须通过改变合金的温度来获得应变,因此它的响应速度很慢。传统的形状记忆合金,如TiNi基、Fe基、Cu基合金等,虽然具有较大的可逆恢复应变和大的恢复力,但由于其受温度场驱动,其响应频率较低(约为1Hz左右)。近几年来,一种新型电磁驱动材料—磁控形状记忆合金悄然兴起,并因其突出的磁致应变性能受到广泛关注。

       磁性形状记忆合金的优势就在于它兼具铁磁性和热弹性马氏体相变,并且结合了形状记忆合金应变大和磁致伸缩材料响应快的优点。利用磁场对合金中不利取向马氏体变体的Zeeman静磁力,促使有利取向的马氏体变体长大并吞并不利取向的变体(表现为孪晶界的移动),从而产生宏观变形,当磁场强度减小或撤去时孪晶界又回到初始位置。

       磁致形状记忆效应只能存在于具有热弹性马氏体相变的磁性合金中。典型的铁磁性形状记忆合金有Ni-Mn-Ga、Ni-Fe-Ga、Fe基合金(Fe-Pd、Fe-Ni-Co-Ti等)和Co基合金(Co-Ni、Co-Mn系合金等)等。

      磁致形状记忆合金之所以特别受重视,是因为:
     (1) 性能优异。最主要的性能指标是应变量,比现有材料性能高1-2个数量级。磁性形状记忆合金具有双向应变效应,这些特有的性能很适合开发新的致动器。
     (2) 相对于超磁致伸缩材料,该材料的价格较低。由于超磁致伸缩材料含有大量价格昂贵的金属(Tb),磁控形状记忆合金的价格大约为超磁致伸缩材料的十分之一。
     (3) 可有多种重要应用。磁致形状记忆合金作为智能材料,是未来国防和高技术领域的物质基础。它的高应变特性、高响应频率,可望在传感器、表层智能结构、自动控制、飞机机翼调控系统和超大功率超声换能器技术等方面应用。
     (4) 理论和新材料、新效应的研究价值高。例如,磁场对形状记忆合金马氏体相变的重要作用的新机制。从原理上,磁诱导形状记忆效应完全不同于目前常用的磁致伸缩效应、不同于用温度控制的现有形状记忆合金和压电材料,因此可以开发出许多新的材料和新的应用领域。

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