Ni-Mn-Ga-樹脂基復(fù)合材料的相變、阻尼與磁致應(yīng)變研究.pdf

1、以Ni-Mn-Ga為代表的磁控形狀記憶合金形狀記憶效應(yīng)既能溫控又能磁控，能夠?qū)崿F(xiàn)熱能、磁能和機械能三者之間的轉(zhuǎn)換，是一種很有前景的智能材料。Ni-Mn-Ga單晶材料具有大的磁致應(yīng)變特性，然而，Ni-Mn-Ga單晶制備成本高昂、尺寸受制備條件限制，其廣泛應(yīng)用存在一定的困難。多晶Ni-Mn-Ga的晶界脆性和低應(yīng)變量等缺點，限制了其實際應(yīng)用。此外，大塊體單晶、多晶Ni-Mn-Ga合金都存在著高頻下渦流損耗的問題。在取向磁場下將Ni-Mn-Ga

2、單晶顆粒復(fù)合在聚合物基體中，不僅可以克服多晶Ni-Mn-Ga的晶界脆性問題，而且可以消除大塊材料高頻渦流損耗。因此近年來，Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料的研究引起了人們廣泛關(guān)注。
　　本文研究了Ni-Mn-Ga合金多晶塊體和單晶粉末的相變行為，制備了Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料，研究了Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料的阻尼性能和磁致應(yīng)變行為，探索了提高Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料性能的可能途徑。
　　研究了Ni-M

3、n-Ga合金的相變溫度與合金電子濃度（e/a）的關(guān)系。結(jié)果表明，馬氏體相變溫度隨著合金的電子濃度的增加而增加。電子濃度為7.61的Ni52.3Mn23.7Ga24.0相變點在室溫附近，室溫時奧氏體與七層馬氏體共存；電子濃度為7.62的Ni52.5Mn23.7Ga23.8室溫時處于馬氏體狀態(tài)，為七層馬氏體結(jié)構(gòu)；電子濃度為7.65的Ni53Mn23.5Ga23.5和7.67的Ni55Mn20.6Ga24.4馬氏體相變溫度高于室溫，室溫時為非

4、調(diào)制馬氏體結(jié)構(gòu)。
　　在Ni52.5Mn23.7Ga23.8?多晶樣品中觀察到熱誘發(fā)的可逆的7M5M中間馬氏體相變。中間馬氏體相變受內(nèi)應(yīng)力影響，淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力抑制了Ni-Mn-Ga發(fā)生中間馬氏體相變，經(jīng)過500℃×4小時退火后出現(xiàn)中間馬氏體相變。7M?5M中間馬氏體相變的相變溫度滯后大，約為30℃，相變焓值小，約為0.8J/g。研究了中間馬氏體相變的相變溫度和相變溫度區(qū)間均受母相→7M逆馬氏體相變影響的現(xiàn)象。
　　多晶Ni

5、-Mn-Ga合金具有良好的溫度-阻尼能力，逆馬氏體相變的阻尼峰值高于馬氏體相變阻尼峰值。合金的阻尼性能受到頻率、應(yīng)變振幅等影響，并且與合金所處的狀態(tài)有關(guān)。在馬氏體態(tài)下，合金的阻尼值隨著應(yīng)變量的增加顯著增大；在相變過程中，阻尼峰值隨著頻率的增加而大幅下降。等溫阻尼衰減中，多晶Ni-Mn-Ga合金馬氏體態(tài)的阻尼能力遠遠大于奧氏體態(tài)的阻尼能力。
　　研究了Ni-Mn-Ga單晶顆粒在樹脂基中的相變行為。結(jié)果表明，復(fù)合材料中Ni-Mn-Ga

6、單晶顆粒的相變溫度不受樹脂基體的影響。Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料在升降溫過程中，伴隨著馬氏體相變和逆馬氏體相變，分別出現(xiàn)了一個阻尼峰。Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料的阻尼能力隨著Ni-Mn-Ga粉末的含量增加而呈線性增大，隨振動頻率增加而減小。取向磁場使得Ni-Mn-Ga粉末呈現(xiàn)晶體學(xué)擇優(yōu)取向，磁場取向的30vol％Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料試樣的阻尼性能高于未取向的試樣。測試時沿著取向磁場方向的外加磁場有利于進一步提高N

7、i-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料的阻尼性能。
　　研究表明，Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料制備過程中的壓制壓力等因素使得取向磁場未能實現(xiàn)粉末發(fā)生晶體擇優(yōu)取向，但取向磁場使復(fù)合材料的磁性能產(chǎn)生了各向異性。Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料磁致應(yīng)變具有臨界磁場強度：在臨界磁場強度以內(nèi)，磁致應(yīng)變量近乎為零；大于臨界磁場強度，磁致應(yīng)變量隨磁場強度增加而迅速增大。撤除磁場，磁致應(yīng)變完全恢復(fù)，呈現(xiàn)完全磁致彈性行為。正負磁場作用下磁致應(yīng)變曲線關(guān)于