铁磁材料的动态磁致应变

针对磁处理用于降低材料残余应力时效果不稳定的问题,研究了磁处理参数的影响。通过实时测量磁处理过程中磁致应变的方法,研究了磁场磁通势、磁场变化频率和占空比对铁磁材料磁致应变的影响。结果发现,磁通势从0增大到40kA,铁磁材料的磁致应变增加,当大于40kA时,磁致应变趋于饱和,随着磁场变化频率和占空比的降低,铁磁材料的磁致应变增加,原因可以用磁场上升和下降的时间充裕来解释。该文的研究为选择和优化磁处理参数奠定了基础。     

新型Ni-Mn基铁磁形状记忆合金研究进展

Ni-Mn-Z(Z=In,Sn,Sb)是2004年发现的一类新型铁磁形状记忆合金,由于其丰富的物理内涵与应用前景吸引了各国科学家的研究.文章针对Ni-Mn-Z(Z=In,Sn,Sb)铁磁形状记忆合金的结构、相变、磁性等方面进行综述,并探讨产生磁驱马氏体相变的条件,着重介绍了该系列材料在磁致应变、磁热效应、磁电阻效应等方面的研究进展.     

采用磁致伸缩材料模型进行磁弹性屈曲的数值模拟

基于磁致伸缩材料模型,在不考虑体积伸缩的条件下,利用FEMLAB多物理场耦合软件,对悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题进行了数值模拟,并将模拟得到的临界屈服磁感应强度与前人的实验结果进行了对比,得到了较好的一致性。数值模拟结果显示,随着铁磁板长厚比的增大,板屈曲失稳的临界屈服磁感应强度减小;采用的磁致应变系数越大,所得到的临界屈服磁感应强度越小;当磁致应变系数为1.3×10-4T-1时,计算结果与实验值吻合最好。数值分析结果表明,利用磁致伸缩材料模型来解释悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题是合理的。     

铁磁准同型相界附近畴结构和磁致伸缩响应的压力依赖效应:相场模拟

最近,在超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Materials,GMMs)体系发现的类似于铁电材料"准同型相界(Morphotropic Phase Boundary,MPB)"的铁磁MPB效应引起了研究者的广泛关注.但是前期关于铁磁MPB的研究大都集中在实验领域,铁磁MPB处超敏磁弹响应机制尚不清晰.不同于传统唯象模型,我们结合微弹理论开发了能够充分考虑不同相之间的应力、应变相容的相场微磁微弹模型.通过该模型研究了铁磁MPB处不同外场(压力、磁场)条件下磁化翻转和畴结构演化情况,阐明了相界附近微结构演化和宏观磁弹响应的依赖关系.相场微磁微弹理论对超磁致伸缩材料MPB的成功描述为调节铁磁准同型相界提供了有效的科学途径,有望为新型超磁致伸缩材料的高效、低成本开发提理论指导.     

基于磁致伸缩效应的管道检测纵向导波模型

基于铁磁性材料在磁场作用下具有的磁、力学特性，推导了磁致伸缩无损检测技术在管道中检测导波模型．在静态偏置磁场和通过传感器激励线圈交变电流形成的交变磁场作用下，管道中产生弹性导波，由弹性导波运动方程，推导其位移表达式，由位移求出应变．根据逆磁致伸缩效应，应变导致磁感应强度的变化，其变化引起穿过接收线圈磁通量的改变从而推导出感应电压表达式．由此建立了作用在激励传感器线圈上的电流与接收传感器输出电压之间的定量关系，为磁致伸缩效应用于无损检测提供了检测理论和技术手段．     

铁磁应变玻璃及其物理特性

铁磁应变玻璃是近年来在掺杂缺陷的Ni-Mn-Ga, Fe-Pd和Fe-Ni-Cr等铁磁马氏体合金体系中发现的新玻璃现象,其本质是短程晶格应变有序和长程磁有序共存的冻结态.铁磁应变玻璃的基本结构单元是磁性纳米马氏体畴,具有转动能垒小的特点;它们在母相基体中缓慢生长、跨越很宽温区,且母相基体和纳米畴的模量随温度呈现相反的变化趋势,这些特性可导致低场驱动大磁致伸缩效应和Elinvar效应,在微型驱动传感器和精密机械中有重要应用价值.本文主要介绍了铁磁应变玻璃的宏观物理性质、微观结构特征以及功能特性;通过Ni-X-Mn-Ga(X=Co, Fe)体系的相图,阐明了铁磁应变玻璃的形成过程,以及它与马氏体相、预马氏体相的关系.此外,本文还介绍了在铁磁马氏体/铁磁应变玻璃相界区出现的奇异相变行为——铁磁应变玻璃的自发马氏体相变.基于铁磁应变玻璃的材料设计,有望为磁性材料的性能突破和功能开发带来新机遇.     

Terfenol-D力—磁—热耦合动态特性

对超磁致伸缩棒材(Terfenol-D)在预压力、环境温度、交变磁场耦合作用下的磁致伸缩动态特性进行了比较全面的实验研究.给出了Terfenol-D动态响应磁致回线、动态应变、响应波形相位随着激励频率、预压力、环境温度、偏磁场的变化规律,找出了两个不同的共振频率,并发现了高阶共振频率随偏磁场发生"漂移"的现象,印证了磁场作用下Terfenol-D材料所特有的△E效应的存在.     

考虑端部效应的铁磁梁式板磁力摄动分析

基于磁场摄动技术和广义变分原理得到的磁力公式,对铁磁梁式板在斜磁场作用下的磁场和磁力摄动展开研究,给出了斜磁场作用下铁磁梁式板结构的摄动磁场及其磁力摄动表达式,使得解析分析斜磁场作用下铁磁梁式板磁弹性耦合问题成为可能。研究表明:只有考虑了磁场端部效应的斜磁场磁力摄动公式才能模拟铁磁结构的弯曲模式且能够定性揭示铁磁简支梁式板弯曲构形为双半波形。     

取向多晶Mn_(1.9)Co_(0.1)Sb的磁弹性相变和巨各向异性磁致应变效应

Mn_2Sb基合金磁弹性相变附近具有丰富可调的磁功能性质,再加上其低廉的成本,在很多领域都具有潜在应用,然而合金有关磁致应变的研究和报道仍然非常少.本文利用合金在电弧熔炼过程中,由于快速冷却而产生强烈温度梯度,从而导致晶体生长出现高度择优取向性,制备出取向性的Mn_(1.9)Co_(0.1)Sb多晶合金. X射线衍射和热磁测量都表明合金晶粒沿着特定晶体学方向生长.等温磁化曲线表明合金发生了明显的磁场驱动变磁性相变,且变磁性行为随测量温度的降低越发明显.利用标准的电阻式应变片方法直接测量了其磁致应变效应,获得了测量方向分别平行和垂直于织构方向高达0.246%和-0.11%的巨各向异性磁致应变值.该磁致应变效应主要起源于合金磁场诱导变磁性相变附近各向异性的晶格畸变.     

取向多晶Fe-Ga合金结构与磁致伸缩应变研究

采用定向凝固的方法实验研究了取向多晶Fe-Ga合金的磁致伸缩性能.发现〈110〉轴向取向的Fe-Ga合金具有较大的磁致伸缩应变.在零预压力下,其饱和磁致伸缩应变λs为188×10-6;在20 MPa预压力下,λs可以达到286×10,具有明显的压力效应.还观察到在大的预压力(＞15 MPa)作用下,在低磁场范围出现负磁致伸缩应变现象.     

Ni51Mn25．5Ga23．5单晶大的自发相变应变和磁感生应变

通过交流磁化率、电阻、有无磁场下的马氏体相变应变测量,研究了Ni51Mn25．5Ga23．5单晶的马氏体相变和磁感生应变特性。伴随马氏体相变,该单晶展现出一个应变量高达-1．62％的自发双向形状记忆效应。采用磁场下冷却的方法,在材料的马氏体相获得了一个量值高达-1．5％且可逆的磁感生应变,该值近似为零场下冷却测量得到的磁感生应变的2倍。根据单晶生长机制和NiMnGa合金形状记忆特性,对上述结果进行了讨论。     

Ni51 Mn25.5 Ga23.5 单晶大的自发相变应变和磁感生应变

通过交流磁化率、电阻、有无磁场下的马氏体相变应变测量,研究了Ni51Mn25.5Ga23.5单晶的马氏体相变和磁感生应变特性。伴随马氏体相变,该单晶展现出一个应变量高达-1.62%的自发双向形状记忆效应。采用磁场下冷却的方法,在材料的马氏体相获得了一个量值高达-1.5%且可逆的磁感生应变,该值近似为零场下冷却测量得到的磁感生应变的2倍。根据单晶生长机制和NiMnGa合金形状记忆特性,对上述结果进行了讨论。     

CuAlBeX系形状记忆合金记忆疲劳特性

用简单的恢复角法对自行设计并熔炼的ＣｕＡｌＢｅＸ系形状记忆合金进行了记忆能力与记忆寿命的探索,并与Ｃｕ２４．５Ｚｎ４Ａｌ合金对比,结果表明,Ｃｕ１１．６Ａｌ０．４Ｂｅ０．２Ｃｒ具有最佳的记忆能力与记忆寿命,尤其是正火状态,正火及正火并１００℃～２００℃时效状态以及淬火并１００℃～２００℃时效状态均有优良的记忆性能,具有工程应用前途。     

考虑温度记忆效应的形状记忆合金本构模型

近年来在形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）中发现的由于不完全马氏体逆相变引起的温度记忆效应,在智能材料与结构等领域具有潜在的应用价值,建立克服现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应这一局限性的SMA本构模型具有理论和工程实际意义．本文在前期研究的基础上,基于作者提出的形状记忆因子的概念,综合运用热力学、连续介质力学和马氏体相变学的相关理论,建立了描述SMA的形状记忆因子、应力、温度间关系的形状记忆方程和描述SMA的应变、应力、温度间关系的力学本构方程．由形状记忆方程和力学本构方程构成的SMA本构模型,克服了现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应的局限性．数值结果表明,该SMA本构模型能有效描述经历不完全马氏体逆相变的SMA的热力学行为,可为SMA温度记忆效应的应用研究提供理论基础．     

形状记忆合金受弯杆横截面上的应力分布

从Brinson本构理论出发，将材料沿构件的纵向等效成若干纤维丝的组合，并假定在受力时由这些纤维丝组合而成的横断面上的应变大小沿着截面高度呈线性变化，即同一横断面的变形符合平截面假定，从而建立起形状记忆合金在弯矩作用下截面上的应力沿截面高度的关系式。通过实例分析，认为构件在弯矩作用下横断面上的应力沿截面高度呈非线性分布，并有明显的相变点；同时发现在相同的应变情况下，加载时的应力明显大于卸载时应力，出现应力滞后，因此认为形状记忆合金可以作为弯矩作用下的耗能材料。     

Low-cost (ZrCu)50-xTax high temperature shape memory alloys showing excellent shape memory effect

ZrCu-based alloys, as one of the most potential high-temperature shape memory alloys, show quite high martensitic transformation temperature, relatively low price for the raw materials, and good casting fluidity. In this work, the martensitic transformation (MT) and shape memory effect of (ZrCu)_50-xTa_x high-temperature shape memory alloys were systematically investigated. Both X ray diffraction and SEM backscattered electron image demonstrated the coexistence of the main phase monoclinic martensite phase and the second phase Ta₂Cu. SEM results also revealed that increasing Ta content resulted in a larger volume fraction of Ta₂Cu phase. Differential scanning calorimetry results showed that the MT temperatures remarkably increased with Ta addition. The ductility of the (ZrCu)_50-xTa_x alloys was reduced to some degree with increasing Ta content. The shape memory effect was improved significantly, in which (ZrCu)₉₈Ta₂ alloy showed the 6.19% maximum recovery strain during 8% pre-strain under compression at 25 ?°C.     

Ni46Mn35Ga19单晶中磁转变和马氏体相变的物理表征及形状记忆效应

NiMnGa是最早发现的铁磁形状记忆合金,是一种新型的形状记忆材料。自发现以来,许多学者对其进行了深入的研究,但对磁转交和马氏体转变共同发生的转变特性却缺乏系统的表征。本文采用多种测量手段,如相变潜热、电阻、交流磁化率和应变测量,对提拉法生长的Ni46Mn35Ga19单晶的磁转变和马氏体相变同时发生的转变行为进行了系统表征;根据合金形状记忆的特点和马氏体变体择优取向的机理,对实验结果进行了分析和讨论。应变测量结果表明,伴随该转变行为,材料展现出应变量达-0．89％的自发双向形状记忆效应和应变量高达-1．90％的磁控形状记忆效应。     

铁基形状记忆合金热塑性

研究了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ形状记忆合金热塑性。结果表明：合金中硅含量的增加可提高合金的记忆效应，却严重损害合金热塑性；微量元素Ｍｇ的加入可大大改善合金的热塑性，而不降低记忆效应。由于Ｍｇ元素的加入，含Ｓｉ量达４％的Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ形状记忆合金也能顺利地热轧成无缝管，提高了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ形状记忆合金实用性。     

马氏体相变与形状记忆材料

综述由马氏体相变导致具有形状记忆效应材料的一些特性，涉及热弹性马氏体相变热力学；Ｍｓ温度的热力学计算；各类材料包括Ｎｉ－Ｔｉ，Ｃｕ－基合金，Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ基合金、以及含ＺｒＯ２陶瓷的形状记忆效应，并对形状记忆材料的发展作了瞻望。     

B和B+Ti孕育对β相铜基合金的后作用

本文给出了β相Cu基合金在固溶化处理和轧制过程中,B和B+Ti孕育对试样晶粒生长的后作用的研究结果.根据相应试样的断裂性能、断口形貌和含B析出物的分析,探讨了它们的后作用机理.最后,提出了获得优质Cu ZnAl形状记忆合金材料的最佳工艺.