Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

Mn18Cr18N加压冶炼的氮含量精准控制工艺分析与实验

高氮不锈钢中氮含量的精准控制是生产关键控制要素。以Mn18Cr18N高氮钢为研究对象,利用冶金学原理、Factsage热力学软件及热态实验与检测分析等方法,对加压感应熔炼过程钢种成分、温度及氮气压力与氮含量控制的关系进行研究。结果表明,基于理论数据的“成分-温度-压力”关系方程可信度高,3炉实验的氮气压力理论值、预测值与实际控制值吻合度良好。热态实验验证发现,Mn和Cr含量不变时,依靠提高氮分压可以提高钢锭中N含量,但是w[N]达到约1%时,通过提高氮分压增加氮含量的效果降低。Mn或Cr含量低时,可以通过提高氮分压达到提高氮含量的目的。降低钢中C和Si含量有利于钢中高氮含量的合金化及稳定控制。当需要控制Mn18Cr19N钢中的w[N]≥0.8%时,宜控制加压炉熔炼温度在1500~1550℃,氮气压力在0.225~0.325 MPa。

Ni-Mn-Ga-Fe合金纤维的马氏体相变与超弹性

通过高真空电弧熔炼炉和熔体抽拉液态成形设备制备Ni-Mn-Ga和Ni-Mn-Ga-Fe纤维,并对纤维进行阶梯式有序化热处理。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、射线衍射仪(XRD)对其微结构和相结构进行表征;利用差示扫描量热仪(DSC)对纤维的马氏体相变过程进行分析;利用动态机械分析仪对纤维的超弹性进行测试。结果表明:有序化热处理后纤维内部原子排列有序性提高,相邻孪晶间沿近90°大角度晶界方向生长,晶界处平直。Fe掺杂使得纤维内部晶粒细化,晶格体积缩小,纤维整体致密性提高。Fe掺杂使得晶格内自由电子数量增多,电子浓度升高,致使马氏体相变(martensitic transformation,MT)的相变温度(M s)明显提高;通过有序化热处理,高温下的自由电子自由排列,形成有差异性的新布里渊区,构成新的孪晶界,进一步提高晶格内部的致密程度。同时Fe具备耐高温、抗拉强度高的特性,Fe掺杂的Ni-Mn-Ga纤维降低了其本征脆性。超弹性曲线显示了热弹性马氏体相变的两个基本特征:完全超弹性(superelasticity,SE)和低温恢复特性。在超弹性实验中,Ni_(50)Mn_(25)Ga_(20)Fe 5纤维在355 K测试温度时达到完全SE;在测试温度T test>M_(s)+8 K时,达到100%的应变恢复率(strain recovery rate),较Ni-Mn-Ga纤维(≈90%)有所提高。与其他合金(如Ti-Ni和Cu-Al-Ni合金)相比,Ni-Mn-Ga-Fe纤维显示出更大的临界应力值和更宽的SE温度空间。

强化改性研磨时间对12Cr17Mn6Ni5N钢表层特性及拉伸性能的影响

目的提高12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性及拉伸性能。方法采用单一变量法控制强化改性研磨加工时间,在12Cr17Mn6Ni5N钢表面进行强化改性研磨处理。进行了室温拉伸试验,绘制各样品的应力-应变曲线图,并通过扫描电镜拍摄距离表面30、100、170μm深度附近的断口形貌,分析表层的断裂机理。进一步分析各样品的表面线粗糙度、表层三维形貌、表面微观形貌、强化层厚度、截面显微硬度和表面残余应力。结果与母材相比加工时间从1 min增加至3 min,12Cr17Mn6Ni5N钢表面微观织构越多,拉伸方向和沿焊缝方向的表面粗糙度分别提高到Ra=1.81μm、Ra=1.46μm,三维形貌高度差先增加到34.82μm后减少为31.75μm,表层显微硬度最多提高了104.60%,残余应力提高到–1221.3 MPa,强化层最厚为160μm。在相同的载荷条件下,加工时间为3 min的样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了15.89%和10.17%。在深度30μm附近,加工时间为3 min的样品的断口形貌出现少量韧窝,其他样品都为脆性断裂,其中母材样品为全解离脆性断裂;深度100μm附近,母材样品仍为脆性断裂,加工时间为1 min和2 min的样品都为混合断裂,加工时间为3 min的样品为韧性断裂且出现较深的大韧窝和深韧窝。结论强化改性研磨可以有效改善12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性,获得高硬度、高残余应力和组织致密的厚强化层,进而提高屈服强度和抗拉强度。

钢液真空处理过程中Mn挥发动力学研究

Mn作为提高钢材强度的主要元素之一,在钢液真空处理过程中的挥发会对钢材成分及质量控制产生不利影响,因此,明确钢液中Mn的挥发机理,并据此精确调控钢液中Mn含量,对于保证钢材质量显得尤为重要。本研究针对X80管线钢的真空精炼处理过程,分析了气相压强和熔炼温度对钢液中Mn挥发行为的影响。结果表明:随着熔炼温度的升高和气相压强的降低,钢液中Mn挥发速率明显加快;在熔炼温度1903 K、气相压强19 Pa、处理时间40 min条件下,Mn挥发率高达92.26%。在熔炼温度1823~1973 K、气相压强19~670 Pa条件下,Mn挥发遵循一级反应规律,其表观挥发速率常数在(0.41~26.56)×10^(-5)m/s范围内;在气相压强19~670 Pa、熔炼温度1903 K的条件下,Mn挥发主要受气相传质的限制;在气相压强226 Pa、熔炼温度1823~1973 K的条件下,Mn挥发的表观活化能达到120.20 kJ/mol,限制性环节为气-液界面反应;本研究条件下,液相传质对Mn挥发速率的影响较小。

Ni-Mn基多晶铁磁形状记忆合金的韧化

固态制冷技术由于具有环保、高效、节能的特点,因而有望取代传统的气体压缩式制冷技术。在各种有竞争力的制冷剂中,Ni-Mn基铁磁形状记忆合金由于具有磁热效应、弹热效应、压热效应、磁阻、磁致应变等多功能特性而受到了人们的广泛关注。近年来,材料工程师及科学家们对Ni-Mn基磁形状记忆合金的热效应开展了一列深入的研究并取得了众多研究成果,但Ni-Mn基合金韧性较低,导致性能衰减快、循环稳定性差,限制了Ni-Mn基合金的应用。综述了传统的过渡族元素、稀土元素和类金属元素掺杂引起的固溶强化、第二相强化、细晶强化和晶界净化与修饰对Ni-Mn基合金韧性的影响规律,比较了不同方法在Ni-Mn基合金韧性增强方面的优缺点,归纳了近年来受到重视的尺寸效应和全d轨道杂化等强韧化机理,分析了轨道杂化途径存在的主要问题,展望了Ni-Mn基合金的研究和发展方向,对促进Ni-Mn基合金在功能器件等领域的应用具有重要的意义。

Ga-N共同掺杂CoP催化氨硼烷制氢机理的理论研究

本文通过密度泛函理论(DFT),计算研究了金属原子Ga和非金属原子N共同掺杂磷化钴(CoP)作为催化剂催化氨硼烷(NH_(3) BH_(3))的脱氢过程.在这里,我们设计了四条可行的反应路径,并且计算了每条路径中间体过渡态的能量.通过研究结果得出结论,路径Ⅱ为最优反应路径.这将为金属和非金属共同掺杂CoP催化NH_(3) BH_(3)脱氢反应提供一定的理论基础.

AOD法冶炼护环用奥氏体不锈钢1Mn18Cr18N

通过对1Mn18Cr18N护环钢中氮的溶解度进行热力学计算分析,发现增加钢水中Cr、Mn的含量,能够显著提高氮的溶解度。同时,随着钢水温度的降低,氮的溶解度也会提高。阐述了采用非真空感应炉和电弧炉、AOD与LF精炼等冶炼工艺生产1Mn18Cr18N护环钢的过程,并利用底吹氮气进行合金化处理,缩短了生产时间,同时成分控制也相当稳定。在使用AOD精炼底吹氮气进行合金化时,钢水中氮含量可达到0.547%,氮的溶解度趋于饱和。LF精炼过程在使用氮气底吹和含氮合金的情况下,钢中氮含量可达0.68%。

高强无磁不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N的热加工特性

利用Gleeble 3800热模拟机对奥氏体不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N进行热压缩实验,研究该钢种的高温变形与应变速率以及温度的关系,建立了双曲正弦本构方程,最终得到其热激活能为679.58 kJ/mol,应变速率因子Z=εexp(679580/R T)。实验结果表明,在950~1200℃,0.01~10 s^(-1)条件内,材料变形过程均发生动态再结晶,在950℃,应变速率为0.1 s^(-1)条件下,再结晶开始的变形量为10%。流变应力随温度升高及应变速率降低呈现明显下降趋势,由950℃、10 s^(-1)时的326 MPa降低至1200℃、0.01 s^(-1)时的75 MPa。结合微观组织分析及锻造试验,对压缩试样开裂问题进行深入探究,结果表明晶界处碳、氧化物的聚集恶化晶界塑性,导致热变形过程中在该处形成裂纹源并逐步扩展。通过热处理和热变形试验,确定Cr21Ni13Mn5Mo2N电渣锭在1170℃固溶6 h后晶界碳、氧化物消除,电渣锭晶界处结合力明显提升,成功消除锻造开裂问题,实现锻造成材率大幅提升。

多晶Ni-Mn-Ga磁性记忆合金的相变行为及稀土元素铽的作用

研究了Ni50 Mn2 5+xGa2 5-x和Ni50 Mn2 9Ga2 1 -xTbx2种成分系列磁性记忆合金的相变行为。保持Ni含量不变 ,增加Mn ,降低Ga含量会使马氏体相变温度明显提高 ,同时相变滞后温区减小 ,居里温度基本不变。如果添加稀土元素铽 ,相变温度继续升高 ,居里温度仍然不变 ,材料继续保持强的铁磁性及热弹性马氏体相变的特征。

MnO_(x)/Mn-N/C碳基催化剂高效分解酸性过氧化氢

利用廉价的尿素与MnCl_(2)均匀混合并高温(550℃)碳化,制备了兼具MnO_(x)与Mn-N活位点的碳基催化剂(MnO_(x)/Mn-N/C)。形貌和结构分析表明,MnO_(x)/Mn-N/C表面含有丰富的MnO_(x)与Mn-N活性位点,且具有优异的电子传输性能,可催化H_(2)O_(2)分解为H_(2)O和O_(2),抑制强氧化性·OH的生成。60℃时,经MnO_(x)/Mn-N/C催化反应1 h,H_(2)O_(2)溶液(p H=4.0,质量分数为1.2%)的分解效率接近100%。此工作设计制备的催化剂原料廉价易得、制备简便,实现了酸性条件下H_(2)O_(2)的高效定性分解,为酸性条件下H_(2)O_(2)的分解提供了新思路。

Ni_(53)Mn_(22)Ga_(25)磁性形状记忆合金的相变内耗

研究了Ni53Mn22Ga25磁性记忆合金在190～390K温度范围的内耗行为。结果表明,当合金发生正、逆马氏体相变时出现明显的内耗峰,并伴随模量变化出现极小值。马氏体相变后继续降温,在215K附近出现新的内耗峰,模量明显增高。合金在居里温度发生顺磁及铁磁正反转变时,内耗及模量均不发生变化。对上述现象进行了分析和讨论。

Mn掺杂Ga_2O_3薄膜的结构及光吸收性能研究

采用磁控溅射法在Si(111)和玻璃衬底上制备出不同Mn掺杂含量的Ga2O3薄膜,使用扫描电子显微镜、电子能谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等对Mn掺杂Ga2O3薄膜的表面形貌、结晶特性和光吸收性能进行了研究。结果表明,适量掺杂Mn可抑制薄膜的晶格膨胀,促进Ga2O3薄膜晶粒的定向生长,得到尺寸分布较均匀的多面体晶粒。Mn掺杂使Ga2O3价带顶向带隙延伸,光学带隙变窄,吸收边红移,近紫外区吸收增强。

GA_3、6-BA、Mn^(2+)对楸树种子发芽的影响

为了探寻适宜楸树种子萌发的条件,提高楸树种子发芽率,以楸树种子为试验材料,研究不同的温度、浸种时间以及GA3、6-BA、Mn2+浓度等因素处理对楸树种子发芽及幼苗生长的影响。结果表明:温度对楸树种子发芽影响显著,以28℃处理为好;浸种时间对种子发芽率无显著影响,但可加快发芽;一定浓度的GA3处理可有效提高楸树种子的发芽速度及发芽率,可在一定程度上使茎节间拉长,以100mg/L较为适宜;6-BA处理后,种子的发芽率明显提高,但随着浓度增加,幼苗的茎变短变粗,过高浓度的6-BA抑制了幼苗根的发育,以20mg/L处理较为适宜。0.01%浓度的Mn2+溶液处理后,发芽时间缩短,但随着浓度增加,Mn2+对根的毒害作用也呈现出来。楸树种子小、种皮薄,无需浸种但萌发需要保持一定的湿度、温度,可采用低浓度的GA3、6-BA、Mn2+促进种子发芽。

Ni_(52)Mn_(24)Ga_(24)金属间化合物的单晶生长和磁性功能

研究了 Ｎｉ５２Ｍｎ２４Ｇａ２４合金单晶在磁场作用下能产生的目前最大的磁致伸缩应变．发现了该材料的双向相变应变效应以及磁场对此的增强现象．在 １．２ Ｔ磁场的作用下，可逆的相变应变达 ４％以上实现这一结果的关键条件是马氏体变体的择优取向报道了获得马氏体变体的择优取向样品的单晶生长特性和后处理方法根据前人报道的理论模型分析了实验结果，指出磁感生应变的物理机制是磁场提供的

Ni_(52)Mn_(23)Ga_(24.5)Sm_(0.5)合金的马氏体相变和磁致伸缩性能

研究了多晶Ni52Mn23Ga25合金添加微量的稀土元素Sm后,对合金的马氏体相变和磁致伸缩性能的影响。结果发现,微量稀土元素Sm的掺入,降低了合金的马氏体相变温度和居里温度,但并未改变合金的晶体结构,同时由于晶粒细化作用,使合金室温时的磁致应变性能下降。

单晶Ni_(52)Mn_(24)Ga_(24)的磁感生应变和磁增强双向形状记忆效应

铁磁性Heusler合金Ni2 MnGa是近年开发的磁控制功能材料 ,已发现该材料结合马氏体相变可以产生大磁致伸缩 (磁感生应变 )和磁控制形状记忆效应两种应用功能。用磁悬浮冷坩埚提拉设备沿 [0 0 1]方向生长了组分为Ni52 Mn2 4 Ga2 4 的单晶。室温时沿该单晶样品 [0 0 1]方向加磁场 ,在该方向获得了 - 0 6 %的大磁感生应变。当磁场方向垂直于 [0 0 1]方向时 ,样品在 [0 0 1]方向的磁感生应变值为 0 5 %。同时该单晶样品在室温附近还具有可由磁场增强和控制的双向形状记忆效应。无磁场作用时 ,降低温度 ,样品在发生马氏体相变时 ,在 [0 0 1]方向产生1 2 %的收缩形变。随后升高温度 ,反马氏体相变时样品以同样的应变量膨胀 ,恢复到原来的形状 ,显示了特有的无需外应力协助的自发的双向形状记忆效应。其温度滞后只有 10℃。如果在样品的 [0 0 1]方向加一个偏磁场 ,其形状记忆的应变量随磁场的增强而增大。在磁场为 1 2T时可达 4%。而当磁场转向 [10 0 ]方向时 ,形状记忆的应变可以改变符号。本文指出产生大磁感生应变和磁增强双向形状记忆效应的关键是马氏体变体的择优取向。

磁控溅射Ni-Mn-Ga磁驱动记忆薄膜的组织结构与成分研究

利用射频磁控溅射技术成功地在Si衬底上沉积Ni Mn Ga 薄膜,并采用XRD、SEM、AFM 及EMPA系统研究Ni Mn Ga薄膜的晶体学结构、断面形貌、表面形貌、成分及其影响规律。结果表明,经823K退火1h Ni Mn Ga薄膜完全晶化,室温下呈L21型体心立方结构;断面形貌揭示Ni Mn Ga 薄膜呈柱状结构。Ni Mn Ga薄膜的表面粗糙度随溅射功率和溅射时间的增加而增大;Ni Mn Ga薄膜中Ga的含量受溅射功率影响较大, Ni 的含量受溅射时间影响较大。

粘结Ni_(52)Mn_(24.4)Ga_(23.6)磁体研究

真空感应熔炼法制备了多晶Ni52 Mn2 4 .4 Ga2 3.6 合金 ,对多晶合金进行了DSC分析和显微组织观察 ;采用粉末压缩压制的方法制备了粘结Ni52 Mn2 4 .4 Ga2 3.6 磁体 ;通过X射线衍射分析 ,讨论了外应力场和磁场对粘结Ni52 Mn2 4 .4 Ga2 3.6磁体马氏体相变的影响 ;测量了粘结Ni52 Mn2 4 .4 Ga2 3.6 磁体在磁场下的磁诱发应变。结果表明 :室温时粘结磁体在 1.2T的磁场下能产生 15 0ppm的饱和伸长应变。

Ni_(50)Mn_(29)Ga_(21)Tb_x磁性形状记忆合金的晶体结构研究

研究了Ni50Mn29Ga21Tbx系列磁性记忆合金不同状态下的晶体结构。列出了近年来发现的几种Ni-Mn-Ga合金的马氏体的详细资料。结果表明,在不改变Ni50Mn29Ga21合金组分的条件下,Tb的加入并没有改变合金的马氏体晶体结构。经过比较和计算,发现Ni50Mn29Ga21Tbx合金系列的晶体结构属于非调制型马氏体。