细晶Ni-Mn-Ga-Gd合金薄膜马氏体相变的尺寸效应与高温形状记忆特性

基本信息
批准号:51271065
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:蔡伟
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:高智勇,吴冶,李航,张欣,孟宪福,尧健
关键词:
马氏体相变形状记忆效应NiMnGaGd薄膜高温记忆合金尺寸效应
结项摘要

Ni-Mn-Ga alloy is a kind of promising high temperature shape memory alloy (SMA) due to its excellent thermo-stability and high transformation temperature. It should be noted that the Ms is up to 400 C by adjusting the composition. However, its instinctive brittleness seriously prohibits its further development and applications. In the present project, a high-plasticity Ni-Mn-Ga-Gd SMA thin film with fine grain is obtained by Gd doping and rapid annealing of amorphous films. The influence and mechanism of Gd doping on the crystallization behavior and crystallizaiton kinetics of Ni-Mn-Ga-Gd SMA thin films is studied to accurately adjust and control the grain size. The influence of grain size on martensitic transformation, tensile deformation, shape memory effect and its thermo-stability is investigated to reveal the corresponding mechanisms. The critical grain size for martensitic transformation is determined by both experiments and calculation. The evolution of martensite substructure, variants characteristics and self-accommodation morphology with the decrease of grain size is investigated to disclose the mechanism of size effects of martensitic transfomation. The relationship among grain size, plasticity, martensitic transformation and reversible strain is bulit up. The high-temperature SMA thin film with high plasticity and high thermo-stability is developed. This enriches the theory of martensitic and shape memory effect and provides the guidance to develop new type high temperature SMAs.

Ni-Mn-Ga合金具有高的热稳定性,通过调节成分,Ms温度可达400℃以上,是一种极具发展潜力的高温记忆合金。但该合金脆性大,已成为制约其发展和应用亟待解决的瓶颈。本项目拟采用Gd掺杂和非晶薄膜快速加热退火细化晶粒,制备高塑性Ni-Mn-Ga-Gd高温记忆合金薄膜。研究Gd掺杂对非晶薄膜晶化行为和晶化动力学的影响规律和机制,精确调控晶粒尺寸;研究晶粒尺寸对马氏体相变、拉伸变形行为及其机制、形状记忆效应及其热稳定性的影响规律和物理本质,确定发生马氏体相变临界晶粒尺寸;阐明马氏体亚结构、变体特征及其自协作形态随晶粒尺寸减小的演化规律,揭示马氏体相变尺寸效应的微观机制;建立晶粒尺寸-塑性-相变温度-可逆应变定量关系,研制出高塑性、高热稳定性高温记忆合金薄膜。这些研究对于发展微纳米尺度下马氏体相变和形状记忆效应理论及新型高温记忆材料具有重要意义。

项目摘要

Ni-Mn-Ga合金具有高的热稳定性,通过调节成分,Ms温度可达400℃以上,是一种极具发展潜力的高温记忆合金。但该合金脆性大,已成为制约其发展和应用亟待解决的瓶颈。本项目采用了Gd掺杂和非晶薄膜快速加热退火细化晶粒,制备了高塑性Ni-Mn-Ga-Gd高温记忆合金薄膜。研究了Ni-Mn-Ga-Gd合金薄膜的制备,总结了磁控溅射功率和溅射气压对薄膜表面粗糙度、成分、致密度和内应力的影响规律;研究了薄膜晶化行为,确定了晶化温度和晶化激活能;通过控制晶化温度,获得了不同晶粒尺寸的Ni-Mn-Ga-Gd薄膜;研究了晶粒尺寸对马氏体相变、拉伸变形行为及其机制、形状记忆效应及其热稳定性的影响规律和物理本质,发现随着晶粒尺寸的减小,马氏体相变温度降低,当晶粒尺寸小于20nm时,相变被抑制,拉伸断裂应变随着晶粒尺寸的减小先升高再降低,形状记忆效应随着晶粒尺寸的减小而降低,另外试验结果表明Ni-Mn-Ga-Gd薄膜具有比块材更优秀的热稳定性;研究了马氏体亚结构、变体特征及其自协作形态随晶粒尺寸减小的演化规律,揭示了马氏体相变尺寸效应的微观机制,发现随着晶粒尺寸减小,晶粒内马氏体板条逐渐减小,亚结构消失,晶粒内马氏体的自协作组态由不同方向的马氏体板条转变成一对平行排列的板条,变体之间保持(202)Ι型孪晶关系;研究了薄膜在拉伸变形过程中的组织结构演化规律,揭示微观变形机制,发现当变形量为3%时,薄膜马氏体板条内7个原子层微孪晶被破坏,部分转变成5个原子层微孪晶,形成5M马氏体,另一部分变成无规律的微孪晶,变成T马氏体,当变形量提高到6%时,薄膜发生了有利取向马氏体板条再取向现象;建立晶粒尺寸—塑性—相变温度—可逆应变定量关系,研制出高塑性、高热稳定性高温记忆合金薄膜。这些研究对于发展微纳米尺度下马氏体相变和形状记忆效应理论及新型高温记忆材料具有重要意义。共发表SCI论文16篇,其中影响因子大于3的论文7篇,申请国家发明专利两项。项目组成员中2位同学通过博士论文答辩,2位同学通过硕士论文答辩。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

Identification of the starting reaction position in the hydrogenation of (N-ethyl)carbazole over Raney-Ni

Identification of the starting reaction position in the hydrogenation of (N-ethyl)carbazole over Raney-Ni

DOI:
发表时间:2015

蔡伟的其他基金

批准号:51471060
批准年份:2014
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:51731005
批准年份:2017
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
批准号:50531020
批准年份:2005
资助金额:160.00
项目类别:重点项目
批准号:81560154
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50371022
批准年份:2003
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:50471018
批准年份:2004
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:50971052
批准年份:2009
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:91330110
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81603393
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81470867
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:51871082
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51071059
批准年份:2010
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:11702084
批准年份:2017
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

细晶Zr-Cu-Ni-Co合金薄带马氏体相变的尺寸效应与高温形状记忆特性

批准号:51701045
批准年份:2017
负责人:高卫红
学科分类:E0110
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

Ti-Ta-Zr合金薄膜的马氏体相变与形状记忆效应

批准号:51501049
批准年份:2015
负责人:郑晓航
学科分类:E0110
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

多晶Ni-Mn-Ga-Gd高温记忆合金的双程形状记忆效应

批准号:51601126
批准年份:2016
负责人:张欣
学科分类:E0110
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

新型TiZr基合金马氏体相变及形状记忆特性研究

批准号:50771007
批准年份:2007
负责人:李岩
学科分类:E0110
资助金额:30.00
项目类别:面上项目