瞿玉海:Ni-Mn基磁形状记忆合金的磁结构相变调控及热效应研究论文

瞿玉海:Ni-Mn基磁形状记忆合金的磁结构相变调控及热效应研究论文

本文主要研究内容

作者瞿玉海(2019)在《Ni-Mn基磁形状记忆合金的磁结构相变调控及热效应研究》一文中研究指出:制冷技术已成为当代不可或缺的关键技术。传统的气体压缩式制冷技术通常采用破坏臭氧层的制冷工质(如氢氟氯碳化物),且其制冷效率已达到其极限值。因此,开发环保、高效的新型制冷技术以取代传统的气体压缩式制冷技术的需求变得迫切。基于热效应的固态制冷就是这样的一种技术。其中,基于磁热效应的磁制冷技术和基于弹热效应的弹热制冷技术是固态制冷技术中最具开发潜力的两种新型制冷技术。开发兼具大且可逆的热效应、功能特性循环稳定性高、多铁性强的制冷工质是实现磁(力)-热能量高效转换的有效途径。在各种制冷剂中,Ni-Mn基磁形状记忆合金兼具磁热效应和弹热效应,应用于固态制冷时能够提供多种不同的制冷方式,因而被认为是一种极具潜力的制冷剂。由于文献报道的Ni-Mn基磁形状记忆合金的磁结构相变参数(热滞后△Thys、相转变间隔△Tint、相变时两相磁化强度差△M和相变熵变△SA)结合不合理,它们驱动完全且可逆的磁结构相变所需的最小磁场(μ0Hmin)通常远高于5T。如此高的磁场必须由昂贵的超导磁体来提供,提供高磁场的装置也较复杂。此外,由于一级相变的本质,Ni-Mn基合金制冷温区也较窄。这些缺陷严重阻碍了该类合金的实际应用。因此,寻找有效方法来降低Ni-Mn基磁形状记忆合金的μ0Hmin。和拓宽可逆热效应出现的温度区间从而开发出具有优异热效应的Ni-Mn基制冷材料,对于推广Ni-Mn基磁形状记忆合金的应用具有重要意义。在Ni42-xTixCo9Mn39Sn10合金中,通过Ti取代Ni协同调控磁结构相变参数实现了大且可逆的室温磁热效应。随着x的增加,马氏体相变温度降低,△SA减小,△M增大,△M/△SA显著增大,同时(△Thys+△Tint)稍有增大。上述磁结构相变参数的协同作用导致Ni42-xTixCo9Mn39Sn10合金的μ0Hmin(≈(△Tint+△Thys)/(△M/△SA))随着x的增加先降低后升高,在x=1.0时,μ0Hmin取得最小值。在5T磁场下,Ni41Ti1Co9Mn39Sn10合金获得的可逆磁摘变高达18.7 J kg-1K-1。在同场条件下,该可逆磁熵变值高于文献报道的Ni-Mn基磁热材料。此外,该合金还具有高达~730 MPa压缩强度以及~4.5%的断裂应变。原位高能X射线衍射实验和理论计算结果表明,Ni41Ti1Co9Mn39Sn10合金中相对较窄的热滞后起源于源于奥氏体/马氏体相界面具有良好的几何兼容性。本研究对开发应用于室温磁制冷的高性能磁制冷材料具有重要的指导意义。Ni43Co6Mn40Sn11磁形状记忆合金既具有大且可逆的磁热效应,又具有大且可逆的弹热效应。在5 T磁场下,该合金可获得的最大可逆磁熵变为19.3 J kg-1 K-1。在最大应力为500 MPa的条件下,该合金在303-383 K温度范围内获得了大且可逆的弹热效应,最大可逆绝热温变为7.1 K;在最大应力为350 MPa,加载时的应变速率和卸载时的应变速率均为1.1 × 10-2 s-1的条件下,该合金在380次加载和卸载循环过程中可逆的弹热效应基本保持不变,表现出高循环稳定的弹热效应。多卡效应研究发现,应力辅助的方法不仅可以提高磁热效应的可逆性,还可以大幅拓宽可逆磁热效应出现的温度区间和提高主动式磁制冷机的制冷性能。通过联合可逆磁热效应、可逆弹热效应以及磁场和单轴应力耦合作用下的可逆多卡效应,Ni43Co6Mn40Sn11合金可在257-383 K温度范围内获得大且可逆的热效应。该可逆热效应出现的温度区间远宽于文献报道的Ni-Mn基制冷材料。本研究对开发高性能制冷材料和设计满足实际应用所需求的制冷机具有重要的指导意义。采用同时增大(Tc-TA)(Tc和TA分别为奥氏体相的居里温度和逆马氏体相变峰值温度)和提高奥氏体/马氏体相界面的几何兼容性的合金设计策略打破了△M/△SA(AM和△SA分别为相变时两相的磁化强度差和相变熵变)和(△Tint+AThys)(△Tint和△Thys分别为相转变间隔和热滞后)之间的平衡,从而使得设计出的Ni48.0Co3.0Mn34.8In14.2合金在2 T磁场下和1.5 T磁场下均实现了完全且可逆的磁结构相变。该合金中驱动完全且可逆的磁结构相变所需的最小磁场(μ0Hmin)约为1.5 T。该μ0Hmin值远低于文献报道的Ni-Mn基磁形状记忆合金。Ni48.0Co3.0Mn34.8In14.2合金在2 T磁场下获得的可逆磁熵变高达11.8 J kg-1 K-1,获得的绝热温变高达6.2K。甚至在1.5 T磁场下,该合金仍能获得高达11.0 J kg-1 K-1的可逆磁熵变。我们的发现可能会推动Ni-Mn基磁热材料的实际应用进程。这里所采用的合金设计策略也许可以应用到其它具有磁结构相变的磁性材料中从而开发出在低场下具有大且可逆磁响应效应的磁结构相变材料。通过玻璃包覆法成功制备了具有较大比表面积的Ni48.1Co2.9Mn35.0In14.0变磁形状记忆微丝。与对应块体相比,该微丝中驱动完全且可逆磁结构相变所需要的最小磁场由7.6 T降到了3.8 T。在5 T磁场下,Ni48.1Co2.9Mn35.0In14.0微丝的可逆磁熵变为12.8 J kg-1 K-1。此外,该微丝具有良好的热交换能力并且容易制备,从而使Ni48.1Co2.9Mn35.0In14.0变磁形状记忆微丝在磁制冷领域具有较大的应用潜力。

Abstract

zhi leng ji shu yi cheng wei dang dai bu ke huo que de guan jian ji shu 。chuan tong de qi ti ya su shi zhi leng ji shu tong chang cai yong po huai chou yang ceng de zhi leng gong zhi (ru qing fu lv tan hua wu ),ju ji zhi leng xiao lv yi da dao ji ji xian zhi 。yin ci ,kai fa huan bao 、gao xiao de xin xing zhi leng ji shu yi qu dai chuan tong de qi ti ya su shi zhi leng ji shu de xu qiu bian de pai qie 。ji yu re xiao ying de gu tai zhi leng jiu shi zhe yang de yi chong ji shu 。ji zhong ,ji yu ci re xiao ying de ci zhi leng ji shu he ji yu dan re xiao ying de dan re zhi leng ji shu shi gu tai zhi leng ji shu zhong zui ju kai fa qian li de liang chong xin xing zhi leng ji shu 。kai fa jian ju da ju ke ni de re xiao ying 、gong neng te xing xun huan wen ding xing gao 、duo tie xing jiang de zhi leng gong zhi shi shi xian ci (li )-re neng liang gao xiao zhuai huan de you xiao tu jing 。zai ge chong zhi leng ji zhong ,Ni-Mnji ci xing zhuang ji yi ge jin jian ju ci re xiao ying he dan re xiao ying ,ying yong yu gu tai zhi leng shi neng gou di gong duo chong bu tong de zhi leng fang shi ,yin er bei ren wei shi yi chong ji ju qian li de zhi leng ji 。you yu wen suo bao dao de Ni-Mnji ci xing zhuang ji yi ge jin de ci jie gou xiang bian can shu (re zhi hou △Thys、xiang zhuai bian jian ge △Tint、xiang bian shi liang xiang ci hua jiang du cha △Mhe xiang bian shang bian △SA)jie ge bu ge li ,ta men qu dong wan quan ju ke ni de ci jie gou xiang bian suo xu de zui xiao ci chang (μ0Hmin)tong chang yuan gao yu 5T。ru ci gao de ci chang bi xu you ang gui de chao dao ci ti lai di gong ,di gong gao ci chang de zhuang zhi ye jiao fu za 。ci wai ,you yu yi ji xiang bian de ben zhi ,Ni-Mnji ge jin zhi leng wen ou ye jiao zhai 。zhe xie que xian yan chong zu ai le gai lei ge jin de shi ji ying yong 。yin ci ,xun zhao you xiao fang fa lai jiang di Ni-Mnji ci xing zhuang ji yi ge jin de μ0Hmin。he ta kuan ke ni re xiao ying chu xian de wen du ou jian cong er kai fa chu ju you you yi re xiao ying de Ni-Mnji zhi leng cai liao ,dui yu tui an Ni-Mnji ci xing zhuang ji yi ge jin de ying yong ju you chong yao yi yi 。zai Ni42-xTixCo9Mn39Sn10ge jin zhong ,tong guo Tiqu dai Nixie tong diao kong ci jie gou xiang bian can shu shi xian le da ju ke ni de shi wen ci re xiao ying 。sui zhao xde zeng jia ,ma shi ti xiang bian wen du jiang di ,△SAjian xiao ,△Mzeng da ,△M/△SAxian zhe zeng da ,tong shi (△Thys+△Tint)shao you zeng da 。shang shu ci jie gou xiang bian can shu de xie tong zuo yong dao zhi Ni42-xTixCo9Mn39Sn10ge jin de μ0Hmin(≈(△Tint+△Thys)/(△M/△SA))sui zhao xde zeng jia xian jiang di hou sheng gao ,zai x=1.0shi ,μ0Hminqu de zui xiao zhi 。zai 5Tci chang xia ,Ni41Ti1Co9Mn39Sn10ge jin huo de de ke ni ci zhai bian gao da 18.7 J kg-1K-1。zai tong chang tiao jian xia ,gai ke ni ci shang bian zhi gao yu wen suo bao dao de Ni-Mnji ci re cai liao 。ci wai ,gai ge jin hai ju you gao da ~730 MPaya su jiang du yi ji ~4.5%de duan lie ying bian 。yuan wei gao neng Xshe xian yan she shi yan he li lun ji suan jie guo biao ming ,Ni41Ti1Co9Mn39Sn10ge jin zhong xiang dui jiao zhai de re zhi hou qi yuan yu yuan yu ao shi ti /ma shi ti xiang jie mian ju you liang hao de ji he jian rong xing 。ben yan jiu dui kai fa ying yong yu shi wen ci zhi leng de gao xing neng ci zhi leng cai liao ju you chong yao de zhi dao yi yi 。Ni43Co6Mn40Sn11ci xing zhuang ji yi ge jin ji ju you da ju ke ni de ci re xiao ying ,you ju you da ju ke ni de dan re xiao ying 。zai 5 Tci chang xia ,gai ge jin ke huo de de zui da ke ni ci shang bian wei 19.3 J kg-1 K-1。zai zui da ying li wei 500 MPade tiao jian xia ,gai ge jin zai 303-383 Kwen du fan wei nei huo de le da ju ke ni de dan re xiao ying ,zui da ke ni jue re wen bian wei 7.1 K;zai zui da ying li wei 350 MPa,jia zai shi de ying bian su lv he xie zai shi de ying bian su lv jun wei 1.1 × 10-2 s-1de tiao jian xia ,gai ge jin zai 380ci jia zai he xie zai xun huan guo cheng zhong ke ni de dan re xiao ying ji ben bao chi bu bian ,biao xian chu gao xun huan wen ding de dan re xiao ying 。duo ka xiao ying yan jiu fa xian ,ying li fu zhu de fang fa bu jin ke yi di gao ci re xiao ying de ke ni xing ,hai ke yi da fu ta kuan ke ni ci re xiao ying chu xian de wen du ou jian he di gao zhu dong shi ci zhi leng ji de zhi leng xing neng 。tong guo lian ge ke ni ci re xiao ying 、ke ni dan re xiao ying yi ji ci chang he chan zhou ying li ou ge zuo yong xia de ke ni duo ka xiao ying ,Ni43Co6Mn40Sn11ge jin ke zai 257-383 Kwen du fan wei nei huo de da ju ke ni de re xiao ying 。gai ke ni re xiao ying chu xian de wen du ou jian yuan kuan yu wen suo bao dao de Ni-Mnji zhi leng cai liao 。ben yan jiu dui kai fa gao xing neng zhi leng cai liao he she ji man zu shi ji ying yong suo xu qiu de zhi leng ji ju you chong yao de zhi dao yi yi 。cai yong tong shi zeng da (Tc-TA)(Tche TAfen bie wei ao shi ti xiang de ju li wen du he ni ma shi ti xiang bian feng zhi wen du )he di gao ao shi ti /ma shi ti xiang jie mian de ji he jian rong xing de ge jin she ji ce lve da po le △M/△SA(AMhe △SAfen bie wei xiang bian shi liang xiang de ci hua jiang du cha he xiang bian shang bian )he (△Tint+AThys)(△Tinthe △Thysfen bie wei xiang zhuai bian jian ge he re zhi hou )zhi jian de ping heng ,cong er shi de she ji chu de Ni48.0Co3.0Mn34.8In14.2ge jin zai 2 Tci chang xia he 1.5 Tci chang xia jun shi xian le wan quan ju ke ni de ci jie gou xiang bian 。gai ge jin zhong qu dong wan quan ju ke ni de ci jie gou xiang bian suo xu de zui xiao ci chang (μ0Hmin)yao wei 1.5 T。gai μ0Hminzhi yuan di yu wen suo bao dao de Ni-Mnji ci xing zhuang ji yi ge jin 。Ni48.0Co3.0Mn34.8In14.2ge jin zai 2 Tci chang xia huo de de ke ni ci shang bian gao da 11.8 J kg-1 K-1,huo de de jue re wen bian gao da 6.2K。shen zhi zai 1.5 Tci chang xia ,gai ge jin reng neng huo de gao da 11.0 J kg-1 K-1de ke ni ci shang bian 。wo men de fa xian ke neng hui tui dong Ni-Mnji ci re cai liao de shi ji ying yong jin cheng 。zhe li suo cai yong de ge jin she ji ce lve ye hu ke yi ying yong dao ji ta ju you ci jie gou xiang bian de ci xing cai liao zhong cong er kai fa chu zai di chang xia ju you da ju ke ni ci xiang ying xiao ying de ci jie gou xiang bian cai liao 。tong guo bo li bao fu fa cheng gong zhi bei le ju you jiao da bi biao mian ji de Ni48.1Co2.9Mn35.0In14.0bian ci xing zhuang ji yi wei si 。yu dui ying kuai ti xiang bi ,gai wei si zhong qu dong wan quan ju ke ni ci jie gou xiang bian suo xu yao de zui xiao ci chang you 7.6 Tjiang dao le 3.8 T。zai 5 Tci chang xia ,Ni48.1Co2.9Mn35.0In14.0wei si de ke ni ci shang bian wei 12.8 J kg-1 K-1。ci wai ,gai wei si ju you liang hao de re jiao huan neng li bing ju rong yi zhi bei ,cong er shi Ni48.1Co2.9Mn35.0In14.0bian ci xing zhuang ji yi wei si zai ci zhi leng ling yu ju you jiao da de ying yong qian li 。

论文参考文献

  • [1].Ni基磁性形状记忆合金的热效应研究[D]. 赵德伟.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)2018
  • [2].形状记忆合金鼓包力学特性研究[D]. 郝林.南京航空航天大学2018
  • [3].Ti-Ni基形状记忆合金中弛豫行为的微观机制研究[D]. 左舜贵.上海交通大学2016
  • [4].镍钛铁形状记忆合金平面应变塑性变形机理及微观结构演变研究[D]. 梁玉龙.哈尔滨工程大学2018
  • [5].SMA/树脂界面粘结性能与金属界面摩擦性能研究[D]. 刘燕斐.哈尔滨工程大学2018
  • [6].Ni(Fe)-Mn基形状记忆合金磁驱动相变及相关功能特性研究[D]. 孙小明.北京科技大学2019
  • [7].镍钛铌形状记忆合金特性的试验与本构模型研究[D]. 陈翔.重庆大学2015
  • [8].形状记忆合金复合材料界面力学特性[D]. 王玉龙.哈尔滨工程大学2011
  • [9].镍钛铌形状记忆合金宏细观力学行为研究[D]. 陈斌.重庆大学2013
  • [10].形状记忆合金的机敏摩擦学特性研究[D]. 王立民.大连海事大学2003
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  • [3].掺杂Ni-Mn-Sn基磁性记忆合金的马氏体相变与性能[D]. 张琨.哈尔滨理工大学2019
  • [4].金属间化合物中多卡效应的研究[D]. 梁飞翔.中国科学院大学(中国科学院物理研究所)2019
  • [5].铁磁形状记忆合金Ni-Fe-Ga及Ni-Mn-(In,Sn,Sb)第一原理研究[D]. 贺王强.北京科技大学2018
  • [6].快速凝固制备人工括约肌用Ni51Ti49双程记忆合金及其功能疲劳行为研究[D]. 李媛媛.华南理工大学2017
  • [7].磁性形状记忆合金的超弹性、磁弹耦合及磁热性能研究[D]. 王子龙.北京理工大学2016
  • [8].新型Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的晶体结构和磁热性能的研究[D]. 黄炼.北京理工大学2016
  • [9].MM’X合金和全d-metal Heusler合金中的磁相变设计[D]. 魏志阳.中国科学院大学(中国科学院物理研究所)2017
  • [10].Ni-Fe-Ga-Co磁致形状记忆合金超弹性行为及磁驱相变研究[D]. 张清华.北京理工大学2016
  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自北京科技大学的瞿玉海,发表于刊物北京科技大学2019-06-27论文,是一篇关于磁形状记忆合金论文,马氏体相变论文,磁热效应论文,弹热效应论文,北京科技大学2019-06-27论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自北京科技大学2019-06-27论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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