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。

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。

煅烧温度对钠离子电池O3-NaNi_(0.33)Fe_(0.33)Mn_(0.33)O_(2)正极材料的影响

O3型正极材料因较高的理论比容量成为钠离子电池正极材料研究的热点。采用共沉淀法制备Ni_(0.33)Fe_(0.33)Mn_(0.33)(OH)_(2)前驱体并配钠煅烧为O3-NaNi_(0.33)Fe_(0.33)Mn_(0.33)O_(2)正极材料,探究煅烧温度对该正极材料物相结构与电化学性能的影响。结果表明,煅烧温度影响正极材料表面钠残渣含量,进而影响其电化学性能。2.0~4.0 V的电压范围内,850℃下制备的NaNi_(0.33)Fe_(0.33)Mn_(0.33)O_(2)正极材料表现出最优电化学性能,1 C下循环100次后容量保持率为71.08%,5 C下放电比容量为91.67 mAh/g。

Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹热制冷效应的研究现状

弹热制冷不仅具有大而可逆的温度变化,而且其驱动方式更为简单,同时兼具环保、高效、节能的特点,平衡了成本、制冷量、效率以及可行性,有望成为替代传统蒸汽压缩冷却技术的候选之一。本文综述了Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹性热效应的研究进展,从掺杂合金元素、热处理方法以及制备工艺等多个方面,总结了近年来对Ni-Mn基合金弹性热效应进行改进优化的研究成果。然而,目前Ni-Mn基合金弹热制冷材料的研究仍处于探索阶段,实现其实际应用还需进一步深入研究。未来的研究重点应集中在降低驱动能耗、提升疲劳寿命和循环稳定性、提高绝热温变以及优化传热效率等方面。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

煅烧温度对钠离子电池P2-Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料性能的影响

层状氧化物材料因其容量高被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料,其中,锰基P2型层状氧化物因成本低、稳定性好,是具有发展前景的钠离子电池层状正极材料。本文采用固相烧结法制备一种P2-Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料,研究煅烧温度对正极材料性能的影响。结果表明:在875℃下获得的Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料具有结晶良好的P2纯相,表现出优异的电化学性能。在1.5~4.3 V的电压范围内,0.05C下所制备正极材料的初始放电容量为232 mA·h/g,且循环100次后,正极材料的容量保持率为69.5%。

回火温度对Mn-Cr-Ni-Mo钢调质后组织与性能的影响

以Mn-Cr-Ni-Mo低碳低合金钢为研究对象,在JMatPro软件模拟的基础上,采取组织分析与性能测试等方法研究了不同回火温度条件下的组织与性能。结果表明:试验钢经淬火后的显微组织为板条贝氏体+多边形块状铁素体+马氏体,再经600~700℃高温回火时,随着回火温度的提高,马氏体和贝氏体先后逐渐转变,碳化物析出量提升,出现晶粒细化现象,平均晶粒度提高,这些组织变化导致材料强度和硬度降低而冲击韧性上升。在640℃回火时出现二次硬化现象,导致强度有所提高,冲击韧性相对略有下降,且在0~-40℃时的冲击值无明显变化,保持较高的强-韧性匹配。Mn-Cr-Ni-Mo低碳低合金钢采用910℃淬火+640℃回火的热处理工艺方案可行,能满足试验钢生产X60、X65和X70等钢级管线管的技术要求。这种用单一钢种生产多个不同钢级的钢管是保障生产管理、降低成本和提升效益的重要途径,有助于提升管线管产品的市场竞争力。

核电容器用Mn-Ni-Mo钢大锻件的热处理

Mn-Ni-Mo钢具有良好的焊接性能、较好的强韧性和抗中子辐照脆化性能,常用于制作压水堆核电容器用大锻件。但Mn-Ni-Mo钢的淬透性中等,先进核电容器用Mn-Ni-Mo钢大锻件难以通过常规热处理获得所需要的高性能。2000年以来,上海电气上重铸锻有限公司(简称上重)联合上海交通大学在材料特性、热处理工艺和淬火装置等方面进行了试验研究,结果显著提升了核电容器用Mn-Ni-Mo钢大锻件的热处理技术水平,上重制造的核电容器用大锻件性能达到了国际先进水平。

共沉淀pH对钠离子电池O3-NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料性能的影响

采用共沉淀法制备Ni_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)(OH)_(2)前驱体并将其配钠煅烧为O3-NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料,研究pH对前驱体物化性质及正极材料电化学性能的影响。结果表明,随着pH的增加,前驱体二次颗粒粒径减小,Ni元素质量分数升高,相应正极材料二次颗粒粒径减小,首次放电比容量增加。2.0~4.0 V的电压范围内,pH=10.0下制备前驱体配钠煅烧后的NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料表现出最优循环性能,1 C下循环100次后容量保持率为75.75%;pH=10.6下制备前驱体配钠煅烧后NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料表现出最优倍率性能,5 C下放电比容量为87.07 mAh/g。

热处理工艺对高强度Mn-Mo-Ni核电钢板组织和NDT温度的影响

通过高倍显微镜、扫描电镜,对30 mm、90 mm厚度高强度Mn-Mo-Ni核电用钢板在不同热处理状态下的组织和断裂韧性展开研究,并依据ASTM E208-95a(R2000)标准分别测定了30 mm厚度钢板表面、90 mm厚度钢板厚度1/4处在不同热处理状态下的无塑性转变(NDT)温度,对比分析试验钢板NDT温度产生差异的原因。结果表明:淬火+回火工艺生产的钢板相比于正火+回火工艺生产的钢板,其NDT温度明显降低;不同淬火+回火工艺生产的钢板,其板厚1/4处NDT温度也存在差异。

稀土铽对Ni-Mn-Ga磁性记忆合金力学性能的影响

研究了稀土Tb对Ni50Mn29Ga21磁性记忆合金抗弯强度和断裂行为的影响。结果表明:稀土Tb可以显著提高材料的抗弯强度,改变断口形貌。不含稀土试样弯曲断裂后其断口主要是晶界断裂。添加稀土后,随着稀土加入量的增多,断裂方式由以晶界断裂为主转为以解理断裂为主。此外,Tb的加入,明显细化了晶粒,同时使材料的含氧量降低。

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga单晶的马氏体孪晶再取向应力应变行为

采用定向凝固区熔法制备了铁磁形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga23.5,Ni54Mn23Ga23和Ni50Mn27Ga23晶体.用线切割切取5 mm×5 mm×6 mm的长方体单晶,X射线极图法测定单晶体的生长方向与[100]方向相差小于5°.沿单晶试样的3个边分别进行压缩实验,研究马氏体孪晶再取向应力应变行为.结果表明,沿单晶生长方向为孪晶再取向最有利方向,孪晶再取向应力最小,仅为3-7 MPa.压缩能有效地提高马氏体变体的有序化和择优化,形成近单变体状态.

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。

Ni_(48)Mn_(33)Ga_(18)Tb_1合金的马氏体相变和磁性形状记忆效应

本文研究了 Ni48Mn3 3 Ga1 9合金添加微量的稀土元素 Tb后 ,对合金的马氏体相变、磁致应变性能及抗弯性能的影响 ,发现合金的马氏体相变温度、磁致应变值有所下降 ,而机械抗弯强度有显著提高。

锂离子电池正极材料层状Li-Ni-Co-Mn-O的研究

综述了近年来锂离子电池层状Li-Ni-Co-Mn-O正极材料的研究进展,重点介绍了其合成方法、电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究结果。其中,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料已成功实现商业化,凭借优异的性价比,该材料将取代LiCoO2。

Co影响Ni-Mn-Ga合金马氏体相变的第一性原理分析

采用基于密度泛函理论的第一原理平面波赝势法,研究了掺杂Co元素对Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金的能态密度分布的影响规律,阐明了Co对马氏体相变作用机理。研究表明,随Co含量增加,更多的Co3d-Mn3d杂化取代了Ni3d-Mn3d杂化,使母相稳定性提高,马氏体相变温度降低。Co的加入对Ni-Mn-Ga-Co母相的自旋向上能态密度几乎没有影响,但明显改变自旋向下能态密度。

淬速对Ni-Mn-Ga快淬合金相变的影响

采用快淬技术制备了Ni-Mn-Ga薄带合金,研究了不同淬速对Ni-Mn-Ga快淬合金相变过程的影响。结果表明,快淬合金具有典型的热弹性马氏体相变过程,但合金的马氏体相变开始温度Ms比铸态合金的有所降低,并随淬速的升高,快淬合金的Ms逐渐降低。Ni-Mn-Ga合金马氏体相变的热力学分析表明:快淬合金晶粒愈细小,Ms愈低;快淬工艺不改变合金的晶体结构;在不同淬速的快淬合金中有以(400)晶面为择优取向的织构存在。

磁控溅射法制备铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜的力学性能研究

Ni-Mn-Ga是一种磁致伸缩材料、它兼具形状记忆效应和磁致伸缩效应等多种功能特点,具有响应频率高,变相量大的优点。而PbZrTiO3(PZT)是一种压电陶瓷,具有力-电转换的功能,而且也具有较高的响应频率。为实现磁-力-电的快速转换,本文使用ECR磁控溅射方法在PZT压电陶瓷片上制备出了Ni-Mn-Ga薄膜。并研究了不同溅射功率和热处理条件对薄膜的组织形貌、成分、表面粗糙度及薄膜硬度的影响。SEM断面形貌显示Ni-Mn-Ga薄膜为柱状生长模式;AFM三维形貌显示Ni-Mn-Ga薄膜生长致密,表面粗糙度随着溅射功率的增大而增大;Ni-Mn-Ga薄膜的硬度和弹性模量随退火温度的升高而增大。

稀土多晶Ni-Mn-Ga合金磁性能的研究

研究了多晶Ni50Mn29Ga21-xTbx合金系列的居里温度和饱和磁化强度。结果表明,适当地添加稀土Tb在明显提高材料力学性能的同时,保持了材料的原有居里温度和饱和磁化强度基本不变。微区成份能谱分析表明,稀土Tb在材料中主要存在于晶界。晶界上的Tb对材料的磁性能没有贡献,同时对晶粒内部Mn原子局域磁矩及其交换作用也没有明显的影响。

定向凝固Ni_(47)Mn_(32)Ga_(21)多晶合金的结构、相变及磁特性

采用定向凝固方法制备了Ni47Mn32Ga21多晶合金,通过XRD谱和金相照片研究合金的结构,通过对合金磁化强度与温度关系、电阻与温度关系、磁化曲线和磁感生应变曲线的测量分析,研究了合金的相变、磁化特性及磁感生应变特性。结果表明:Ni47Mn32Ga21合金在室温(298K)时为四方结构马氏体相,晶格参数a=b=0.593 8 nm,c=0.553 1 nm。合金的马氏体相变起始温度Ms和终止温度Mf分别为309 K和295 K,逆马氏体相变起始温度As与终止温度Af分别为306 K和319 K,居里温度TC为365 K。室温无压力下,Ni47Mn32Ga21合金有较好的双向可恢复磁感生应变,其饱和磁感生应变值达到-700×10-6。