磁控形状记忆合金Ni2MnGa材料的解析模型及实验特性
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Ni_2AlMn惠斯勒型形状记忆合金的磁转变郭世海;张羊换;赵增祺【期刊名称】《国外金属热处理》【年(卷),期】2001(22)3【摘要】根据最新的研究报道,在铁磁性NiGaMn形状记忆(SM)合金发生马氏体相变时,由磁场诱发的孪晶(或变体)界的移动会影响合金的磁性能和形状变化[1,2].具有L21结构的NiGaMn SM合金(Ni2GaMn:Heusler)很有潜力成为一种新型的机敏材料,它的SM性能不仅可以通过温度和应力来控制,而且可以通过磁场来控制[2].同样的效应也可能在相近的Ni-Al-Mn系合金中出现,并且它也具有热弹性马氏体相变,虽然有文献报道了这一合金系的马氏体相变[3],但是没有和马氏体相变有关的磁性能方面的报道[4].最近,F·Gejma等发现,接近化学计量成分的Ni2AlMn合金在低温时效后会出现L21,铁磁相,是B2到2M的马氏体相变[5].这说明,NiAlMn惠斯勒(Heusler)型合金也具有和NiGaMn合金相似的特殊的磁性能和SM性能.本文介绍有关Ni2AlMnHeusler型合金磁性能的研究结果.【总页数】2页(P12-13)【关键词】形状记忆合金;磁转变;马氏体;有序化【作者】郭世海;张羊换;赵增祺【作者单位】包头钢铁学院材料系【正文语种】中文【中图分类】TG139.6【相关文献】1.Ni-Ga-Fe-Co铁磁形状记忆合金的磁性转变和马氏体相变 [J], 今野阳介2.Ni2AlMn惠斯勒型形状记忆合金的磁转变 [J], 郭世海;张羊换;赵增祺3.哈斯勒合金Ni-Mn-Ga的马氏体相变和磁增强双向形状记忆效应 [J], 柳祝红;胡凤霞;王文洪;陈京兰;吴光恒;高书侠;敖玲4.磁控形状记忆合金蠕动型直线电机研究 [J], 王凤翔;张庆新;吴新杰;李文君;井路生5.γ相对磁形状记忆合金Co-Ni-Ga马氏体相变和形状记忆效应的影响 [J], 霍颜秋;龙秀慧;谢华;李建国因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
NiFeGa铁磁形状记忆合金的相变特性及磁热效应研究的开
题报告
尊敬的评审老师们:
我是XXX,即将开始我的研究生学习,希望在此申请进行我所感兴趣的课题——NiFeGa铁磁形状记忆合金的相变特性及磁热效应研究。
NiFeGa合金是一种具有形状记忆效应和铁磁性的材料,其具备以下特性:高的
饱和磁感应强度、较高的居里温度、优秀的形状记忆效应等。
这些特性使得NiFeGa合金在微机电系统(MEMS)、可折叠结构、能量转换等多个领域中具有广泛的应用前景。
本课题旨在通过对NiFeGa铁磁形状记忆合金的相变特性及磁热效应进行深入的
研究,探究其在不同环境下的磁热效应及形状记忆体的形变特性,并进一步研究其在
微机电系统中的应用。
课题研究的主要内容包括以下几个方面:
1. NiFeGa合金的物理性质及制备方法的研究;
2. NiFeGa合金相变特性的探究及影响因素的分析;
3. NiFeGa合金的磁热效应研究及其在微机电系统等应用中的可能性;
4. 形状记忆体的形变及其机理探究。
本课题将采用多种研究方法,包括实验、理论分析等,对NiFeGa合金的相变特
性及磁热效应进行全面系统的研究。
预计研究结果将有望挖掘NiFeGa铁磁形状记忆合金的潜在应用价值并为相关工程设计及相关领域的研究提供理论与实验参考。
谢谢大家的关注!。
Ni_2MnGa铁磁形状记忆材料金学军;彭志明;R.C.O’Handley;S.M.Allen;徐祖耀【期刊名称】《世界科技研究与发展》【年(卷),期】2003(25)1【摘要】铁磁形状记忆合金 (FSMA)是在一定温度范围马氏体相稳定同时又具铁磁性的一类特殊的形状记忆合金。
Ni2MnGa铁磁形状记忆合金近年来成为呈现磁场驱动大应变的新型驱动材料 ,这些应变来自磁场诱发马氏体孪晶的重排 ,而不是磁场对奥氏体至马氏体相变的作用。
孪晶变体的重排在宏观上呈现为正或切应变 ,一非化学计量比Ni2 MnGa单晶于室温加 0 .4T磁场能产生6 %的应变 ,Ni Mn Ga单晶在高至 15 0Hz的交变磁场仍可得到 2 .5 %的应变。
本文阐述了与这种磁控形状记忆效应相关的孪晶界迁动的磁学和晶体学理论。
马氏体相的大磁晶各向异性能使磁化沿c轴方向有利 ,穿过孪晶界c轴刚好转动 90度 ,同时 ,这个孪晶界也构成了约 90度的畴界。
在各向异性的情况下 ,孪晶界的迁动仅有相邻孪晶变体的Zeeman能差驱动,μ0 ΔMis·Hi。
磁场和外应力对应变的影响通过对一简单的自由能表达式取极小值来表示 ,自由能表达式包括Zeeman能、磁晶各向异性能和外应力以及在某些情况下需考虑的内部弹性能 ,模型的所有参数可通过应力应变曲线和磁化曲线测量得到。
铁磁形状记忆合金的磁场诱发应变可类比传统热弹性形状记忆效应 ,与更为人们所熟知的磁致伸缩现象不同。
【总页数】11页(P55-65)【关键词】磁致伸缩现象;孪晶界;Ni2MnGa;铁磁形状记忆材料【作者】金学军;彭志明;R.C.O’Handley;S.M.Allen;徐祖耀【作者单位】上海交通大学材料科学与工程学院;Department of Materials Science and Engineering,Massachusetts Instituteof Technology【正文语种】中文【中图分类】TG139.6【相关文献】1.基于磁记忆机理的铁磁材料弯曲变形状态研究 [J], 邢海燕;樊久铭;李雪峰;徐敏强2.磁控形状记忆合金Ni_2MnGa解析模型及特性 [J], 张庆新;王凤翔;张红梅3.定向凝固铁磁形状记忆合金Ni_2MnGa的固-液界面形态 [J], 蒋成保;刘敬华;张涛;徐惠彬4.Ni_2MnGa铁磁形状记忆合金开裂的原位研究 [J], 沈连成;何健英;宿彦京;褚武扬;乔利杰5.磁控形状记忆晶体Ni_2MnGa研究进展 [J], 王锦昌;刘岩;冯楚德;谢华清;倪沛汶因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
人们研究了Ni2MnGa合金的相变温度、居里温度与成分的关系,研究了Ni2MnGa合金的中间马氏体相变、预马氏体相变、磁感生应变和Ni2MnGa合金的应力-应变特性及单变体马氏体的磁性。
得出Ni2MnGa是Heusler合金中最早被发现兼有铁磁性和热弹性马氏体相变特征的材料。
1996年,美国MIT研究人员在研究Ni2MnGa单晶时发现,在低温马氏体相约1T 磁场可以使单晶样品产生大约0.2%的可恢复应变,接近稀土大磁致伸缩材料。
Ni2MnGa合金另一个令人瞩目的特点是对于某些近正配分比的材料在马氏体相变前,发生所谓的预马氏体相变。
NiMnGa合金主要是在马氏体相变温度附近产生大应变和大磁感生应变,实验发现Ni2MnGa除了发生马氏体相变外在一定组分的单晶样品中还存在由一种结构的马氏体相向另外一种马氏体相转变的中间马氏体相变。
发现沿不同晶体学方向施加相同性质的应力,可形成不同个数的应力平台,每一个应力平台飞出现对应着应力诱发了一次马氏体相变;沿同一晶体学方向施加相同性质的应力,在应力应变曲线上出现的个数也不相同;不同性质的应力及不同应力方向导致的应变量也不相同。
基于形状记忆合金的精密控制技术研究近年来,随着科技的不断进步,人类的生产技术也在不断升级。
形状记忆合金作为一种新型的功能性材料,它具有具有形状记忆、超弹性、低摩擦、无电火花、防腐蚀等特性,被越来越广泛地应用于现代制造业。
其中,在精密控制领域,基于形状记忆合金的精密控制技术被广泛应用于机器人、智能仪器、医学器械等领域。
一、形状记忆合金的基本特性形状记忆合金是一种智能材料,常用的合金有Ni-Ti、Cu-Al-Ni 等。
在特定的温度和应力作用下,形状记忆合金具有形状记忆效应。
它的特性包括:1.形状记忆效应:当形状记忆合金在低温下(通常为近室温度)时,会有一种“预设形状”,并在高温下(通常为材料的相变温度上限)时具有另外一种“高温形状”。
当形状记忆合金重新降温到低温时,它会通过压缩或其他加工方式,将高温形状改变为低温形状,实现形状记忆效应。
2.超弹性:形状记忆合金在受到压力或弯曲等变形后,可以恢复原来的形状,发挥出相当程度的记忆力。
3.低摩擦:由于形状记忆合金的表面具有一定程度的凹凸形状,所以与其他材料的摩擦系数很低。
4.无电火花:当形状记忆合金受到切割加工等物理压力时,不会产生明显的火花,安全性高。
5.防腐蚀:形状记忆合金具有很好的耐蚀性,可以在腐蚀性较强的介质中使用。
二、基于形状记忆合金的精密控制技术研究形状记忆合金具有上述特性,因此在精密控制领域具有良好的应用前景。
目前,国内外的科研机构和企业都在大力推进形状记忆合金的精密控制技术研究。
主要应用领域包括:1.机器人领域机器人是一种智能化产品,具有代替人类完成各种任务的潜能。
然而,机器人中各种关键部件的尺寸都非常微小,精度要求极高。
形状记忆合金具有良好的形状记忆效应和超弹性,因此可以用于制造机器人的关键部件,如掌指、手指和关节等。
2.智能仪器领域高精度的测量仪器对于各种工业应用都非常重要。
形状记忆合金的超弹性和低摩擦性质可以被应用于微机电系统(MEMS),可以用于制造新型测量仪器中的传感器、电极和活塞等。
Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金中的马氏体相变陈小丽;卢斌;武国剑【摘要】文章采用电弧熔炼法熔炼Ni48Mn31Ga21和Ni2MnGa两种合金,并对这两种合金进行了热处理,借助交流磁化率测定、金相显微镜观察、X射线以及磁化曲线等手段研究了Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金中的马氏体相变.结果表明:(1)Ni48Mn31Ga21合金在室温下发生了马氏体转变,而Ni2MnGa合金在室温下则未发生马氏体转变;(2)室温下Ni2MnGa合金的饱和磁化强度比Ni48Mn31Ga21合金高;对于Ni48Mn31Ga21合金,其马氏体态的饱和磁化强度要高于奥氏体态.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2008(024)002【总页数】3页(P50-52)【关键词】马氏体相变;X射线衍射;饱和磁化强度【作者】陈小丽;卢斌;武国剑【作者单位】合肥工业大学,安徽,合肥,230009;中南大学,湖南,长沙,410083;合肥工业大学,安徽,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TG115自1960年美国海军试验室 Buchler等人首次发现 NiTi合金中的形状记忆效应以来,形状记忆合金引起世界各国学者的广泛兴趣。
目前在基础研究和应用开发研究方面,取得了巨大的进展,并已在航空、航天、医学、工程及人们的日常生活领域中取得了广泛的应用[1~4],近年来,以 Ni2MnGa为代表的Heusler型磁性形状记忆合金引起人们的关注,这种合金既具有象热弹性马氏体那样的形状记忆效应;又可在马氏体状态下,由磁场诱发应变产生形状记忆效应,且响应频率接近磁致伸缩材料,这种兼备形状记忆效应与超磁致伸缩现象的合金,弥补了传统记忆合金响应频率慢,应变量小的不足,是一种理想的智能驱动材料。
但是对于正分配比的 Ni2MnGa合金,其马氏体相变发生在 200 K左右,这对其应用有了很大的限制,实验中发现,适当改变合金中各元素的化学计量,会使该合金材料的马氏体转变温度、居里温度发生变化,以满足应用需要。
两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型随着科技的不断进步,磁控形状记忆合金作为一种新型材料,已经被广泛应用于机械、电子、航空等领域。
在实际应用中,磁控形状记忆合金的性能研究和模型建立是非常重要的。
本文将介绍一种针对两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型。
一、磁控形状记忆合金的基本特性磁控形状记忆合金是一种由金属、合金等材料制成的智能材料,其最大特点是可以通过磁场对其形状进行控制。
其主要应用领域包括机械、电子、航空等。
磁控形状记忆合金具有以下基本特性:1.形状记忆效应磁控形状记忆合金可以通过磁场控制其形状,具有形状记忆效应。
当磁场作用于磁控形状记忆合金时,其形状可以发生变化,当磁场消失时,其形状可以恢复到原来的状态。
2.磁致伸缩效应磁控形状记忆合金还具有磁致伸缩效应。
当磁场作用于磁控形状记忆合金时,其长度可以发生变化。
3.磁阻抗效应磁控形状记忆合金还具有磁阻抗效应。
当磁场作用于磁控形状记忆合金时,其电阻可以发生变化。
二、两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型磁控形状记忆合金的本构模型是描述其力学行为的数学模型。
针对两轴向磁场时磁控形状记忆合金,可以建立以下本构模型:1.应力张量在两轴向磁场时,磁控形状记忆合金的应力张量可以表示为:σ = (σ11, σ22, σ33, σ12, σ13, σ23)其中,σ11、σ22、σ33分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的正应力,σ12、σ13、σ23分别表示磁控形状记忆合金在xy、xz、yz三个方向的剪应力。
2.应变张量在两轴向磁场时,磁控形状记忆合金的应变张量可以表示为:ε = (ε11, ε22, ε33, ε12, ε13, ε23)其中,ε11、ε22、ε33分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的正应变,ε12、ε13、ε23分别表示磁控形状记忆合金在xy、xz、yz三个方向的剪应变。
3.磁场张量在两轴向磁场时,磁控形状记忆合金的磁场张量可以表示为: H = (H1, H2, H3)其中,H1、H2、H3分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的磁场。
磁控形状记忆合金的研究现状及其应用进展近年来,随着材料科学和工程技术的快速发展,磁控形状记忆合金作为一种新兴材料备受关注。
其在医疗、航天、汽车等领域具有广阔的应用前景。
本文将以磁控形状记忆合金为主题,对其研究现状及应用前景进行全面深入的探讨。
1. 磁控形状记忆合金概述磁控形状记忆合金是一种集合形状记忆效应和磁性效应于一体的智能材料。
它能够在外加磁场的作用下发生形状变化,并在去除磁场后恢复原始形状,具有重复使用的特点。
这种材料具有快速响应、低能耗、高效率的优点,因而受到了广泛关注。
2. 磁控形状记忆合金的研究现状目前,国际上关于磁控形状记忆合金的研究主要集中在以下几个方面:- 磁控形状记忆合金的微观结构和力学性能研究:通过透射电子显微镜、原子力显微镜等先进技术,对磁控形状记忆合金的微观组织和形变机制进行深入研究,揭示其力学性能的内在规律。
- 磁控形状记忆合金的磁控效应研究:通过改变外加磁场的强度和方向,探索磁控形状记忆合金在不同磁场下的形状变化规律,并优化其磁控效应。
- 磁控形状记忆合金的稳定性和循环使用性能研究:在实际应用中,磁控形状记忆合金需要具有较高的稳定性和循环使用性能。
研究人员也致力于提高磁控形状记忆合金的稳定性和循环寿命。
3. 磁控形状记忆合金的应用进展磁控形状记忆合金在各个领域都有着广泛的应用前景:- 医疗领域:磁控形状记忆合金在医疗器械领域有着广泛的应用,如支架、植入物等。
其能够通过外加磁场实现形状变化,适应患者不同部位的形态,具有较高的医疗价值。
- 航天领域:磁控形状记忆合金可以用于太空飞行器的折叠展开结构、自修复结构等,提高太空飞行器的使用寿命和安全性。
- 汽车领域:磁控形状记忆合金可用于汽车发动机的温度控制装置、变形结构等,提高汽车的燃油效率和安全性。
4. 个人观点和总结磁控形状记忆合金作为一种新兴材料,具有着广阔的应用前景和发展空间。
然而,在其研究和应用中仍然存在一些挑战,如稳定性、循环使用性能等方面还需要不断加强研究。
第18卷第3期2014年3月电机与控制学报Electri c Machines and ControlVol.18No.3Mar.2014磁控形状记忆合金振动传感器模型及实验特性鲁军1,杨宽1,王凤翔2(1.沈阳理工大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110159;2.沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870)摘要:磁控形状记忆合金(magnetically controlled shape memory alloy,MSMA)在机械外力作用下,磁路中的磁通密度会发生变化,利用该特性可以制作将机械能转换为电能的振动传感器。
分析了MSMA传感器的工作原理,基于MSMA材料的逆特性设计并研制了MSMA振动传感器样机,传感器输出的感应电压峰-峰值随输入信号频率的增加而增加。
在材料应力-应变关系和样机磁路模型基础上,推导出MSMA感应电压表达式;计算不同频率时的传感器感应电压,计算结果和实验结果相吻合。
研究表明传感器感应电压模型的正确性和MSMA振动传感器应用的可行性。
关键词:磁控形状记忆合金;振动传感器;逆特性;模型;感应电压中图分类号:TM359文献标志码:A文章编号:1007-449X(2014)03-0020-05Model and experiment characteristic on vibration sensor ofmagnetically controlled shape memory alloyLU Jun1,YANG Kuan1,WANG Feng-xiang2(1.School of Information Science and Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang110159,China;2.School of Electrical Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang110870,China)Abstract:The magnetic flux density of magnetically controlled shape memory alloy(MSMA)varies under the action of mechanical force,and a vibration sensor,which converts mechanical energy to electrical en-ergy,was designed with the help of this reverse characteristic.The operation principle of MSMA sensor is analyzed,MSMA vibration sensor prototype was designed and built based on MSMA reverse characteris-tics,the peak-peak value of the induced voltage increases with the input signal frequency.On the basis of MSMA stress-strain relationship and magnetic circuit model of prototype,the induced voltage expres-sion was derived;the induced voltage of the sensor was calculated under the different frequency.It is found that the calculating results are in a good agreement with the experimental ones.Studies show the correctness of induced voltage model and the feasibility of MSMA vibration sensor application.Key words:magnetically controlled shape memory alloy;vibration sensor;reverse characteristic;model;induced voltage收稿日期:2012-02-07基金项目:国家自然科学基金(51377110);辽宁省自然科学基金(201102184);沈阳市科技计划项目(F12-277-1-28)作者简介:鲁军(1965—),男,博士,副教授,研究方向为智能材料及智能控制系统;杨宽(1987—),男,硕士研究生,研究方向为智能检测与信息处理;王凤翔(1938—),男,硕士,教授,博士生导师,研究方向为特种电机及其控制。
金属学报第44卷面对称排列【13l,则图4所示的平行排列的孪晶条纹即为孪晶对称面{111}与单晶端面(100}的相交线,也即是孪晶条纹的方向为[111]×[100]=[011],那么与孪晶条纹成约450角的两个相互垂直的方向分别是[001】和【010】方向.由此,进一步确定了图4中所标的A,B,C方向分别为单晶的【100],【010]和【001]取向.采用强磁场进行单变体处理的方法,是基于NiMnGa合金的强磁晶各向异性和低孪晶再取向应力.在铁磁马氏体状态下,合金体心四方晶格的短轴与磁畴的易磁化轴强烈耦合,在磁场作用下,不同取向的变体之间的能量差作用于变体界面,产生切应力【9】.在此切应力作用下,马圈3从NisoMn28.sGa2,.5单晶棒上切下的长方体单晶和氏体变体中磁矩方向与外磁场方向一致的择优变体的体棒状单晶外形图积分数增加,而磁矩方向与外磁场方向不一致的非择优变’1。
7、n一1㈨’。
77、’川州y’。
^’’’Fig.3Appear锄。
铭of‘h。
8quareshaped(s锄p181)体,体积收缩甚至消失,形成近似单变体.andcylindershaped(sampleif)cutfroma’1_’Ni50Mn28.5Ga21.5singlecrystalrod磁致应变是NiMnGa合金在磁场作用下外形尺寸的个方向,以及单晶轴线方向进行强磁场磁化处理,并测量变化率·在外加磁场条件下,NiMnGa通过孪晶运动,样品在处理前、后的尺寸变化.平行和垂直于单晶I和单短轴[001】方向转向外磁场方向;而长轴【100]方向转向晶II上端面中心孪晶条纹反复磁化时,样品尺寸无明显与外磁场方向垂直,宏观上表现为沿磁场方向尺寸缩短,变化;而沿着与中心孪晶条纹成45。
角方向磁化,样品而垂直于外磁场方向尺寸伸长·则表现出明显的尺寸变化.受实验条件的限制,尚不能用分别用Z,m,礼表示单晶上对应A,B,C方向的样品Laue法测定各单晶面取向.根据文献[3,11】中NiMnGa尺寸,反复沿两个单晶A,C方向进行10T强磁场磁化单晶出现大磁致应变的方向均为【100】和[001】取向,由处理,以每个方向均磁化5次作为一组,测量每组处理前样品磁致应变反映的宏观尺寸变化趋势,可以初步确定单后样品的尺寸变化.表1中列出了两个单晶样品强磁场晶的[i00],【010]和f001】取向,并在单晶宏观表面上分磁化处理前后的尺寸变化.两个单晶B方向上的尺寸m别用A,B,C表示,如图4所示.本文前期研究工作通过除了在第一组A向充磁5次后有较大变化之外,在之后X射线极图测量方法,测定该方法生长的NiMnGa单晶的磁化处理过程中基本保持不变.对于A,C方向,沿其棒的轴向取向为[100】方向[1ol,并且,在本次实验中单晶中一个方向磁化,该方向的尺寸变短,而另一方向尺寸伸长,表1中标出不同磁化组数的磁致应变值.随磁化处理生长方向在磁化过程中表现出明显的尺寸变化,因此,将单晶生长方向A确定为[100】取向;在垂直于A方向的组数的增加,A和C方向的磁致应变均逐渐增大,直到C方向上尺寸有明显变化,定为【001]取向;B方向垂直经过多组磁化处理后磁致应变趋于恒定,亦见表1·由此于A和C向,且尺寸无明显变化,定为【010】取向.又知可见,随着磁化处理组数的增加,择优取向变体体积分数NiMnGa合金体心四方马氏体结构的孪晶结构沿{111}逐渐增大,导致磁致应变逐渐增大,直至磁致应变趋于饱圉4单晶I和单晶II的马氏体孪晶形貌Fig.4Strip-likemartensitetwinsOllthecrosssectionsofsampleI(a)andsampleII(b),inwhichA,BandCrepresent[100],[010】and[001】directions,respectively。