智慧型材料的新秀 磁性形狀記憶合金

2022-05-21 21:54:03 字數 1249 閱讀 2911

磁性形狀記憶合金是近十多年發展起來的一類新型形狀記憶合金。這類合金同時具有熱彈性馬氏體相變和鐵磁性轉變,所以其形狀記憶效應可以由磁場控制。傳統的溫控形狀記憶合金應變大但響應慢,現有的巨磁致伸縮、壓電材料雖然響應快,但應變小。

相比之下,磁性形狀記憶合金兼具應變大、響應快的綜合優點。此外,還具有磁熱、磁阻等豐富的物理效應,因而被廣泛認為是下一代智慧型材料的首選,有望在航空航天、機械電子、能源環境、資訊儲存、生物醫學等高新技術領域得到重要應用。磁性形狀記憶合金具有以下三個重要特性。

一、豐富的磁-結構相變特徵—馬氏體相變與磁性轉變。

磁性形狀記憶合金的馬氏體相變不僅具有與傳統形狀記憶合金相似的熱、應變、電阻等效應,而且還伴隨有磁性強弱的變化,甚至磁性型別的演變。這使磁性形狀記憶合金呈現出豐富的磁-結構相變特徵。如鐵磁馬氏體-順磁奧氏體。

即馬氏體相變時結構與磁性轉變共同發生,由此可以實現磁場誘發馬氏體相變,並獲得磁熱、磁應變等多種物理特性。在ni-mn-ga、ni-fe-ga,fe-mn-ga等合金系中均發現了這種情況。另外,也可以發生鐵磁馬氏體-順磁馬氏體-鐵磁奧氏體-順磁奧氏體的相變方式,由此可以獲得磁場誘發奧氏體相變及其伴隨的磁控形狀記憶效應、巨磁阻、大磁熱等豐富的物理效應,在ni-(co)-mn-in、ni-(co)-mn-x(x=sn,sb,ga,al),ni-cu-mn-ga,ni-fe-mn-ga等合金系中均發現了這一現象。

二、磁場誘發孿晶再取向。

磁場誘發孿晶再取向現象最早發現時磁致應變只有0.2%,但這已與巨磁致伸縮材料和壓電材料的最大應變值相當,因而立刻引起廣泛的關注。目前人們已經在磁性形狀記憶合金中獲得了6%和9.

5%的超大磁致應變。磁性形狀記憶合金的馬氏體相具有強磁晶各向異性,易磁化方向嚴格平行於馬氏體晶格的某乙個晶向軸或晶面。當施加外磁場時,為降低磁晶各向異性能,孿晶界將以切變方式使擇優變體的體積分數不斷增加,從而實現孿晶再取向。

目前人們已經獲得了體心四方馬氏體6%和體心正交馬氏體9.5%的超大磁致應變。最近我國學者蔣成保等報道了體心四方無調製馬氏體單變體15%的超大應力誘發孿晶再取向應變。

三、磁場誘發相變。

與磁場誘發孿晶再取向受磁晶各向異性的限制不同,磁場誘發相變與晶體學取向無關,這使得可以在多晶體中通過磁場誘發相變的機制產生應變效應。磁場誘發相變的輸出力最高可超過100mpa,遠遠高於磁場驅動孿晶再取向的輸出力。這一優勢使磁性形狀記憶合金用作驅動元件的希望大大提高。

此外,人們通過磁場誘發相變還觀察到了大磁熱效應和巨磁阻效應,因而,磁性形狀記憶合金有希望作為一種多功能材料在磁製冷、資訊儲存等領域得到廣泛應用

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