基于记忆合金双程形状记忆效应的导线雾凇防冰方法及现场试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全运行,国内外学者对抑制导线覆冰的方法开展了大量研究。该文基于形状记忆合金在不同温度下保持不同形状的双程形状记忆效应,提出在导线表面布置形状记忆合金,利用其形状变化改变导线表面电场强度抑制导线覆冰的方法,实现输电线路不停电非人工干预式防冰。建立布置形状记忆合金导线的三维模型,并仿真分析其表面电场情况。结果表明,随着形状记忆合金形变量增大,导线表面电场强度逐渐增大。用两端向上弯曲的圆柱形铝条代替形状发生变化后的形状记忆合金,将其布置在LGJ-150/25导线表面,在重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站开展野外自然覆冰实验。实验结果表明,在导线表面布置代替形变后的记忆合金的铝条能够抑制导线的雾凇覆冰,且在导线初始表面电场强度为10 kV/cm时,效果最佳,覆冰质量和厚度分别降低了57.1%和48.7%。

形变对Ti-Ni-Hf高温记忆合金相变及双程形状记忆效应的影响

采用微分扫描式量热法(DSC)、拉伸试验和弯曲试验研究了形变对Ti36Ni49Hf15 高温形状记忆合金相变及双程形状记忆效应的影响。结果表明,形变不影响合金的相变顺序。在马氏体状态下变形时,随形变量的增加,Ti36Ni49Hf15合金的马氏体相变温度略有下降,逆马氏体相变温度上升。当形变量一定时,合金在马氏体状态下不同温度变形,对合金的相变温度没有显著影响。Ti36Ni49Hf15 高温记忆合金在马氏体状态下直接变形可以产生双程形状记忆效应,其双程可逆应变量随形变量的增加而增加。在随后的热循环过程中,合金的双程形状记忆效应在最初的几次循环过程中迅速下降,而后随循环次数的增加趋于稳定。

热机械循环方法对训练NiTi合金双程形状记忆效应的影响

采用4种典型的热机械循环方法训练获取具有双程形状记忆效应的镍钛合金丝,从双程形状回复量、高温相形状、低温相形状和相变温度的变化等方面系统研究了训练方法对双程形状记忆效应训练效果的影响。结果表明,在不同训练方法中镍钛合金丝被加载应变时所处的物质相态的差异是造成不同训练效果的主要原因,其中在马氏体相变过程中因加载引入的位错最有利于双程形状记忆效应的形成。

时效Ti_(49)Ni_(51)合金的显微组织与双程形状记忆效应

采用弯曲试验和透射电镜分析研究了时效Ti4 9Ni51合金的显微组织与双程形状记忆效应 .结果表明 ,5 0 0℃ ,1h时效处理试样中Ti3Ni4 相呈透镜片状 ,周围有较强的应变场衬度 ,而 5 0 0℃ ,30h时效试样中 ,Ti3Ni4 相已聚集长大成粗片状 ,与基体失去共格 .5 0 0℃ ,1h时效处理试样在训练后可获得较好的双程形状记忆效应 .时效Ti4 9Ni51合金中Ti3Ni4 相粒子周围的共格应变场和训练时位错交互作用可以产生有效内应力场 ,从而诱发双程形状记忆效应 .

冷轧对Cu-Al-Mn合金双程形状记忆效应及马氏体相变的影响

利用热膨胀仪、X射线衍射仪和示差扫描热分析装置等对冷轧Cu 18Al 10.5Mn合金的双程形状记忆效应的各向异性及其产生机制进行了研究·结果表明,冷轧可造成马氏体织构,且马氏体织构按最大程度缓和外加应力的方式产生,并在特定方向上产生形状记忆效应·通过对压下量的控制,可以在一定范围内任意获得正、负的自发形状变化和热膨胀性·随着加工量的增加,马氏体相变温度区间大幅度扩大·随着温度变化,具有择优取向的应力诱发马氏体晶核的生长和消失是导致可逆的自发形状变化各向异性的根本原因·

双程形状记忆效应的唯象动力学模型

构造可以用于描述一维结构的形状记忆合金(SMA)的双程形状记忆效应的唯象动力学模型.该模型基于与形状记忆合金中热弹性相变有关的唯象理论,将应力场和热场下的滞回环曲线视为马氏体相变和马氏体变体重构在宏观层面上的表现.为了模拟温度诱发的相变,构造非凸自由能函数,使得函数的每个局部平衡对应于相变过程中的一个相.在外部负载(力或者热)的作用下,可以通过模拟系统状态(应变)在不同平衡态之间的转变,研究温度诱发的相变.相变动力学的控制方程采用拉格朗日方程,以非线性微分方程来表示.利用非线性常微分方程描述单程形状记忆效应,通过对不同相变过程的加权组合描述双程形状记忆效应.开展有关力和热负载下的数值实验,模拟热和应力诱发的相变以及热负载下与单程形状记忆效应和双程形状记忆效应有关的滞回环,模拟马氏体重构所导致的单滞回环以及超弹性效应所引起的双滞回环.从实验结果可以看出,双程形状记忆效应及超弹性效应均可以被提出的模型成功捕捉,验证了该模型的描述能力.

γ-Mn基合金双程形状记忆效应特性的研究

运用XRD研究了 80 %Mn - 19%Cu - 1%Ni合金马氏体晶格常数c、a随温度变化的趋势和在一定的预应变条件下 ,显微应变与温度、显微应变与形变恢复率的关系 ,研究了Ms点随塑性变形率变化的规律 ,由此研究γ -Mn基合金马氏体的双程形状记忆效应的结构机制 ,结果表明 :fct马氏体的塑性变形不但由滑移产生 ,而且可以由孪晶的重新取向而造成 ,而后者在微小的外应力作用下就可以实现 ,并且在形状恢复过程中 ,滑移和孪晶所起的作用不同 ,由于滑移而产生的变形 ,在马氏体逆相变中不能恢复 ,而那些具有c、a轴择优取向的变形微区和具有马氏体织构的微区 ,能够由马氏体逆相变即fct结构变为fcc结构 ,使形状得到恢复。

高锰γ-MnFe合金双程形状记忆效应

以-γMnFe高锰(Mn>80%(原子分数))合金为研究对象,研究探索-γMnFe合金的双程形状记忆效应(TWSME)。通过TEM和热膨胀法,研究不同预应变下-γMnFe合金的TWSME。通过测量不同预应变条件下合金形状恢复率的变化,来研究-γMnFe基合金的双程形状记忆效应和双程恢复量etw的影响因素,最后对1.6%预应变试样进行热循环训练,用DSC测量合金马氏体相变Ms和逆相变Af,发现热滞为2K,几乎达到无热滞的形状记忆效应。研究显示经过训练后的高锰-γMnFe合金形状回复无热滞是由于二级反铁磁转变耦合一级马氏体相变,使得马氏体相变与逆相变热滞几乎为0。

定向凝固Ni-Mn-Ga-Gd高温记忆合金的双程形状记忆效应

Ni-Mn-Ga合金具有优异的热稳定性,是一种极具潜力的高温形状记忆合金.目前,关于Ni-Mn-Ga合金双程形状记忆特性的研究多集中在单晶中,只因其多晶双程形状记忆效应远小于单晶.本文在已有研究基础上,提出依靠定向凝固方法,制备取向多晶,提高多晶Ni-Mn-Ga合金的双程形状记忆效应.试验结果表明,经定向凝固工艺制备的Ni54Mn25Ga20.7Gd0.3合金,当提拉速度为10μm/s时得到取向性较好的多晶,此时合金具有相较于固溶合金更好的双程形状记忆效应,且经过形状记忆循环训练后,可以将双程可逆应变提升至3.8%,即使200次热循环后,合金的双程形状记忆效应仍能稳定在3.0%.

Fe和Nb对TiNi形状记忆合金环双程记忆效应的影响

研究了预变形和热循环对Ti50.8Ni49.2及加入Fe和Nb后合金环的双程记忆应变影响。结果表明：在马氏体状态进行10.4%-13.8%的预变形,TiNi合金环随循环次数增加,双程记忆应变增大,在13.8%预变形和4次循环得到4.15%最大值;加入Fe和Nb后,在10.71%-15.18%的变形范围,合金环的双程记忆应变先增后降,其最大值分别为3.14%和2.56%。在变形量和循环次数相同时,TiNi合金环的记忆应变最高,当变形量和循环次数超过12.50%和2以后,TiNiFe合金环的双程记忆应变快速上升,其双程记忆应变超过TiNiNb合金环的。

NiTi合金的显微组织和双程形状记忆效应

通过弯曲试验和透射电镜分析系统研究了热处理工艺、形变量、形变温度对NiTi合金双程形状记忆效应和显微组织的影响。结果表明 ,冷轧变形试样经不同温度退火后 ,双程可逆应变量随退火温度的升高而增大 ,退火温度超过 550℃后 ,温度继续升高 ,双程可逆应变量基本不变。同一温度退火的试样 ,双程可逆应变量随弯曲形变量的增加而增加 ,至形变量εt=12 %时达到最大值 ,εt 进一步增加 ,双程可逆应变量呈下降趋势。弯曲形变量相同时 ,弯曲温度升高 ,双程可逆应变量εt 减小 ,形变温度超过Mσs 时基本不再呈现双程记忆效应。马氏体再取向形成的位错可以产生有效内应力场 。

一种形状记忆合金双程记忆效应热机械训练装置的研制

一种自行研制的形状记忆合金双程记忆效应的热机械训练装置由机械平台、滚动测量模块、电流控制器、温度传感器和数据采集系统构成。该装置通过安装在滚动测量模块上的光电编码器测量记忆合金型材在训练过程中的形状变化,采用温度传感器测量其温度变化,以基于功率放大器的电流控制器控制其加热电流,并通过数据采集控制系统对训练数据进行采集、显示、存储。结果表明,该装置能有效训练形状记忆合金的双程记忆效应,适用于多种热机械训练方法和多种形状记忆合金型材,更具普适性和灵活性。

NiTi合金形状记忆表面的临界应变

利用维氏四棱锥压痕方法,通过温度控制在NiTi合金中获得凸起-平整的双程形状记忆效应表面。通过研磨剥层法,发现随着消除深度的增加所获得的凸起高度和直径减小,在消除160μm深度后,表面凸起现象消失,并从理论上定量分析该深度所对应的临界应变大小。实验表明:双程形状记忆效应是通过对形状记忆合金进行温度-应变循环变形而获得。因此,可能存在一定的临界应变,在低于该应变时,材料不能表现双程形状记忆效应。

CuZnAl形状记忆合金相变热力学探讨

本文研究的是Ｃｕ－２４．５Ｚｎ－９．０Ａｌ（ａｔ％）合金双程形状记忆弹簧自由状态和约束状态下的热力学性质。通过差热扫描（ＤＳＣ）的测量，得到正转变时的熵变ΔＳＰ－Ｍ＝－０．５５Ｊｍｏｌ－１Ｋ－１，逆转变时的熵变ΔＳＭ－Ｐ＝０．５６Ｊｍｏｌ－１Ｋ－１，两者的绝对值十分接近，与熵是一个态函数相符。通过精确测量相变过程中弹簧的电阻变化ΔＲ和伸长量ΔＬ与温度Ｔ的关系，发现与自由状态相比，完全压缩状态以电阻表示的相变点并不变化，外应力影响的是以形变定义的相变点，而且到相变结束时，完全压缩状态的转变分数只有自由状态的８２％，即与形变有关的相变仅占１８％。并由此计算出逆转变中与形变有关的部分相变的熵变ΔＳＭ－Ｐ１＝０．２４Ｊｍｏｌ－１Ｋ－１，与形变无关的部分相变的熵变为ΔＳＭ－Ｐ２＝０．６３Ｊｍｏｌ－１Ｋ－１。

新型一体式微夹头的设计及其试验研究

高速精密微主轴对刀具夹持机构的动平衡性能及动力学特性等方面提出很高的要求。建立一种基于形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)的一体式微夹头的结构方案,设计分析具体的应用实例,并仿真研究离心力对夹头夹持性能的影响;研究采用TiNi合金(Ti49.6%,Ni50.4%)加工的SMA环的最大双程形状记忆效应所对应的热-机械训练工艺。试制出微夹头样品,测试其安装操作和夹持力等性能。结果表明微夹头在-5℃即可实现夹持件的安装与拆卸,在室温(15℃)时即可夹紧,夹紧力约为8.5 N;当加热温度提高到65℃时,夹紧力可以达到41 N。该微夹头不仅结构简单,动平衡性能好,而且未引入新的安装误差,操作简单,大小调整方便,适合于超高速超精密微主轴及其他高速精密微小型传动机构。