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智能材料的新秀――磁性形状记忆合金

文章来源:脱模剂配方人气:0发表时间:2018-04-12 20:46:19

  磁性形状记忆合金是近十多年发展起来的一类新型形状记忆合金。这类合金同时具有热弹性马氏体相变和铁磁性转变,所以其形状记忆效应可以由磁场控制。传统的温控形状记忆合金应变大但响应慢,现有的巨磁致伸缩、压电材料虽然响应快,但应变小。相比之下,磁性形状记忆合金兼具应变大、响应快的综合优点。此外,还具有磁热、磁阻等丰富的物理效应,因而被广泛认为是下一代智能材料的首选,有望在航空航天、机械电子、能源环境、信息存储、生物医学等高新技术领域得到重要应用。磁性形状记忆合金具有以下三个重要特性。

  一、丰富的磁-结构相变特征—马氏体相变与磁性转变

  磁性形状记忆合金的马氏体相变不仅具有与传统形状记忆合金相似的热、应变、电阻等效应,而且还伴随有磁性强弱的变化,甚至磁性类型的演变。这使磁性形状记忆合金呈现出丰富的磁-结构相变特征。如铁磁马氏体-顺磁奥氏体。即马氏体相变时结构与磁性转变共同发生,由此可以实现磁场诱发马氏体相变,并获得磁热、磁应变等多种物理特性。在Ni-Mn-Ga、Ni-Fe-Ga,Fe-Mn-Ga等合金系中均发现了这种情况。另外,也可以发生铁磁马氏体-顺磁马氏体-铁磁奥氏体-顺磁奥氏体的相变方式,由此可以获得磁场诱发奥氏体相变及其伴随的磁控形状记忆效应、巨磁阻、大磁热等丰富的物理效应,在Ni-(Co)-Mn-In、Ni-(Co)-Mn-X(X=Sn,Sb,Ga,Al),Ni-Cu-Mn-Ga,Ni-Fe-Mn-Ga等合金系中均发现了这一现象。

  二、磁场诱发孪晶再取向

  磁场诱发孪晶再取向现象最早发现时磁致应变只有0.2%,但这已与巨磁致伸缩材料和压电材料的最大应变值相当,因而立刻引起广泛的关注。目前人们已经在磁性形状记忆合金中获得了6%和9.5%的超大磁致应变。磁性形状记忆合金的马氏体相具有强磁晶各向异性,易磁化方向严格平行于马氏体晶格的某一个晶向轴或晶面。当施加外磁场时,为降低磁晶各向异性能,孪晶界将以切变方式使择优变体的体积分数不断增加,从而实现孪晶再取向。目前人们已经获得了体心四方马氏体6%和体心正交马氏体9.5%的超大磁致应变。最近我国学者蒋成保等报道了体心四方无调制马氏体单变体15%的超大应力诱发孪晶再取向应变。

  三、磁场诱发相变

  与磁场诱发孪晶再取向受磁晶各向异性的限制不同,磁场诱发相变与晶体学取向无关,这使得可以在多晶体中通过磁场诱发相变的机制产生应变效应。磁场诱发相变的输出力最高可超过100MPa,远远高于磁场驱动孪晶再取向的输出力。这一优势使磁性形状记忆合金用作驱动元件的希望大大提高。此外,人们通过磁场诱发相变还观察到了大磁热效应和巨磁阻效应,因而,磁性形状记忆合金有希望作为一种多功能材料在磁制冷、信息存储等领域得到广泛应用。



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