超彈性鎳錳鎵微纖維的應變磁化效應
GJ紡織172 劉越 201720304223
關鍵詞:
形狀記憶合金馬氏體相變鐵磁合金鎳錳鎵微纖維應變磁化效應
摘要
採用玻璃包覆熔融紡絲法制備了直徑為80微米的鎳錳鎵超細纖維。顯著轉變溫度TM和反向轉變溫度TA分別為279 K和290 K。鑄態微纖維表現出幾乎完全可恢復的高達約10 %的超彈性應變和完美的應變磁化效應，因為應力誘發馬氏體具有比奧氏體更低的初始磁化率和更高的飽和磁化強度。這將是一種潛在非破壞性和非接觸性監測傳感材料。
圖1、鑄態鎳錳鎵微纖維的x光衍射圖。插圖顯示了微纖維的掃描電鏡圖像。室溫下加載-卸載拉伸循環下的應力-應變曲線。
圖2、低( 0.1 T )和高( 2 T )磁場下磁化強度的溫度依賴性。插圖顯示了導數dM(T)/dT曲線的溫度依賴性。在300 K (奧氏體狀態)和250 K (馬氏體狀態)下測量的磁化曲線。
圖3、在選定的固定拉伸應變值下檢查磁化曲線。實心箭頭，加載過程；虛線箭頭，卸載過程。插圖顯示磁化強度(在1 T外加磁場下)是拉伸應變的函數。拉伸應變為7.6 %和0 %時的磁化曲線。點A和點B的字段分別對應於Ha和Hm。
為了闡明低場和高場下的M(T )曲線的差異，如圖2b所示，在300 K (奧氏體狀態)和250 K (馬氏體狀態)下進行M(H )測量。觀察到馬氏體在最高外加磁場( 3 T )下的磁化強度高於奧氏體，儘管其初始磁化率χ較低。還要注意，奧氏體達到接近飽和的外加磁場Hm比馬氏體低得多。這表示奧氏體相的磁性較軟，而馬氏體的飽和磁化強度較高。這就是為什麼當奧氏體在2 T外加磁場下隨著溫度降低轉變為馬氏體時磁化強度增加，而在0.1 T磁場下磁化強度從奧氏體降低為馬氏體，如圖2a所示。
鎳錳鎵微纖維被證明是一種非常適用於應變和磁化相關變化傳感應用的材料。它顯示出在9.3 %的應變下完全恢復的磁化行為，而在普通鐵磁材料中恢復的彈性應變通常被限制在大約0.2 %。這種應變磁化效應包括可通過磁化檢測到的應變的大的可重複變化。可以在特定情況下用作非接觸應變傳感器。當在建築中用作機械阻尼器時，阻尼器中的應變可以通過磁化測量以非破壞性和非接觸模式進行監控。
總之，本研究報告了生產微纖維形狀的鐵磁性形狀記憶合金的新形式的發展，該合金具有用於相關傳感應用的全部功能。採用玻璃包覆熔融紡絲法制備了直徑為80微米的鎳錳鎵超細纖維。微纖維表現出高達約10 %的完全可恢復超彈性應變。馬氏體轉變溫度TM和反向轉變溫度TA分別為279 K和290 K。鎳錳鎵微纖維在施加拉伸應力後磁化行為發生很大變化。高外加磁場( 1 T )下的磁化強度隨著外加應變的增加而急劇增加。這是由於應力誘導的馬氏體相變導致的，與奧氏體相比，馬氏體相變表現出較低的初始磁化率和較高的飽和磁化強度。從9.3 %的應變卸載後，磁化曲線完全覆蓋。超彈性微纖維中的這種應變磁化效應開啟了新型非破壞性和非接觸式應變高級監測。
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