超弹性镍锰镓微纤维的应变磁化效应
GJ纺织172 刘越 201720304223
关键词:
形状记忆合金马氏体相变铁磁合金镍锰镓微纤维应变磁化效应
摘要
采用玻璃包覆熔融纺丝法制备了直径为80微米的镍锰镓超细纤维。显著转变温度TM和反向转变温度TA分别为279 K和290 K。铸态微纤维表现出几乎完全可恢复的高达约10 %的超弹性应变和完美的应变磁化效应，因为应力诱发马氏体具有比奥氏体更低的初始磁化率和更高的饱和磁化强度。这将是一种潜在非破坏性和非接触性监测传感材料。
图1、铸态镍锰镓微纤维的x光衍射图。插图显示了微纤维的扫描电镜图像。室温下加载-卸载拉伸循环下的应力-应变曲线。
图2、低( 0.1 T )和高( 2 T )磁场下磁化强度的温度依赖性。插图显示了导数dM(T)/dT曲线的温度依赖性。在300 K (奥氏体状态)和250 K (马氏体状态)下测量的磁化曲线。
图3、在选定的固定拉伸应变值下检查磁化曲线。实心箭头，加载过程；虚线箭头，卸载过程。插图显示磁化强度(在1 T外加磁场下)是拉伸应变的函数。拉伸应变为7.6 %和0 %时的磁化曲线。点A和点B的字段分别对应于Ha和Hm。
为了阐明低场和高场下的M(T )曲线的差异，如图2b所示，在300 K (奥氏体状态)和250 K (马氏体状态)下进行M(H )测量。观察到马氏体在最高外加磁场( 3 T )下的磁化强度高于奥氏体，尽管其初始磁化率χ较低。还要注意，奥氏体达到接近饱和的外加磁场Hm比马氏体低得多。这表示奥氏体相的磁性较软，而马氏体的饱和磁化强度较高。这就是为什么当奥氏体在2 T外加磁场下随着温度降低转变为马氏体时磁化强度增加，而在0.1 T磁场下磁化强度从奥氏体降低为马氏体，如图2a所示。
镍锰镓微纤维被证明是一种非常适用于应变和磁化相关变化传感应用的材料。它显示出在9.3 %的应变下完全恢复的磁化行为，而在普通铁磁材料中恢复的弹性应变通常被限制在大约0.2 %。这种应变磁化效应包括可通过磁化检测到的应变的大的可重复变化。可以在特定情况下用作非接触应变传感器。当在建筑中用作机械阻尼器时，阻尼器中的应变可以通过磁化测量以非破坏性和非接触模式进行监控。
总之，本研究报告了生产微纤维形状的铁磁性形状记忆合金的新形式的发展，该合金具有用于相关传感应用的全部功能。采用玻璃包覆熔融纺丝法制备了直径为80微米的镍锰镓超细纤维。微纤维表现出高达约10 %的完全可恢复超弹性应变。马氏体转变温度TM和反向转变温度TA分别为279 K和290 K。镍锰镓微纤维在施加拉伸应力后磁化行为发生很大变化。高外加磁场( 1 T )下的磁化强度随着外加应变的增加而急剧增加。这是由于应力诱导的马氏体相变导致的，与奥氏体相比，马氏体相变表现出较低的初始磁化率和较高的饱和磁化强度。从9.3 %的应变卸载后，磁化曲线完全覆盖。超弹性微纤维中的这种应变磁化效应开启了新型非破坏性和非接触式应变高级监测。
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