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.pdf

1、本文采用紡絲法高效地制備出了連續(xù)性好、成分損失小的Ni-Mn-Ga鐵磁形狀記憶合金纖維，并對(duì)制備工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)制備態(tài)纖維在不同的條件下進(jìn)行了熱處理和有序化處理，并分析熱處理工藝對(duì)纖維組織、成分、相變及磁性能的影響，優(yōu)化熱處理工藝。通過對(duì)制備態(tài)和熱處理態(tài)纖維超彈性和形狀記憶效應(yīng)的研究，分析纖維在馬氏體和奧氏體狀態(tài)下的應(yīng)力驅(qū)動(dòng)應(yīng)變特性，并討論熱處理和訓(xùn)練處理對(duì)纖維應(yīng)力驅(qū)動(dòng)應(yīng)變特性的影響。
　　通過改變紡絲法制備過程中加熱功率、

2、銅輪轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度等工藝參數(shù)成功地制備出了連續(xù)性好、成分損失小的多種不同成分的Ni-Mn-Ga纖維。采用金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)對(duì)不同纖維進(jìn)行了形貌和組織觀察，采用振動(dòng)磁強(qiáng)計(jì)(VSM)、差示掃描量熱法(DSC)、X射線衍射分析(XRD)、能譜分析(EDS)等各種手段分析不同制備狀態(tài)纖維成分、物相、相變溫度和磁性能。通過比較表明，采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)當(dāng)加熱功率為14-23kW連續(xù)變化、銅輪轉(zhuǎn)速為1400r

3、pm、進(jìn)料速度為40～120μm/s時(shí)纖維具有更好的制備狀態(tài)。
　　對(duì)纖維進(jìn)行了不同條件下的熱處理，利用OM、SEM、TEM、EDS、VSM、DSC、XRD等分析手段對(duì)不同熱處理?xiàng)l件下纖維組織形貌、成分、相變和磁性能等進(jìn)行了分析。通過比較發(fā)現(xiàn)通過在725℃保溫2h、700℃保溫10h、500℃保溫20h對(duì)纖維進(jìn)行化學(xué)有序化熱處理提高了纖維的馬氏體相變溫度和磁性能，對(duì)于晶粒長大熱處理來說，800℃保溫1h再進(jìn)行化學(xué)有序化熱處理有比較

4、好的結(jié)果。
　　對(duì)不同制備狀態(tài)和熱處理狀態(tài)的纖維在動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)上進(jìn)行拉伸狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變特性研究，結(jié)果在纖維中發(fā)現(xiàn)了形狀記憶效應(yīng)和超彈性的存在。對(duì)于單程形狀記憶效應(yīng)來說，制備態(tài)纖維由于晶粒細(xì)小及尺寸不均勻的原因、孿晶界可動(dòng)距離小，沒有表現(xiàn)出孿晶界運(yùn)動(dòng)應(yīng)力平臺(tái)現(xiàn)象；熱處理之后纖維有序化程度上升，晶粒長大，孿晶界可動(dòng)性上升，出現(xiàn)孿晶界運(yùn)動(dòng)應(yīng)力平臺(tái)。經(jīng)超彈性訓(xùn)練后纖維單程形狀記憶效應(yīng)恢復(fù)的門檻值上升。超彈性方面，熱處理之后纖

5、維較制備態(tài)具有更明顯的超彈性現(xiàn)象，產(chǎn)生超彈性的臨界應(yīng)力也降低了；雙程形狀記憶訓(xùn)練后，應(yīng)力誘發(fā)馬氏體臨界應(yīng)力下降。在雙程形狀記憶熱循環(huán)過程中，隨著外加應(yīng)力增大，循環(huán)過程中相變溫度向高溫移動(dòng)，相變過程應(yīng)變先顯著增加，到臨界值后不再發(fā)生變化。超彈性訓(xùn)練之后，熱循環(huán)過程中應(yīng)變量顯著上升，是訓(xùn)練減少孿晶變體數(shù)量，提高孿晶界可動(dòng)性的結(jié)果。觀察拉伸斷裂后纖維斷口處形貌，發(fā)現(xiàn)纖維拉伸時(shí)一般變形在直徑小的區(qū)域，裂紋一般在胞狀晶晶界處萌生，失穩(wěn)擴(kuò)展，最終在