Embedded magnetic shape memory sensory particles in lightweight composites for crack detection
Embedded magnetic shape memory sensory particles in lightweight composites for crack detection
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在轻质复合材料中嵌入磁性形状记忆传感颗粒，用于裂纹检测
DOI：
10.1016/j.msea.2019.01.076
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Karaman, I.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Barta, N.E.;Karaman, I.
通过将功能材料嵌入结构构件中，智能复合材料为结构健康监测（SHM）提供了一种替代方案。本工作的重点是发展一种新的复合材料与变磁性形状记忆合金（MMSMA）颗粒作为传感颗粒增强。这种方法的前提是，传感颗粒可以在裂纹尖端应力场的存在下经历马氏体相变（MT），发射声信号并在相变时改变它们的磁状态，这可以使用声和/或磁传感器来检测裂纹位置。复合材料制造包括通过在400 °C和560 °C下放电等离子烧结的纯Al和Ni 43 Co 7 Mn 39 Sn 11 MMSMA粉末的固结。在400 °C下固结产生多孔复合材料。在560 °C下的固结产生高度致密的复合材料，在颗粒和基体之间具有由富Al-Mn-Ni区和富Sn-Mn区组成的扩散区。该复合材料的热磁测试显示出与独立的Ni 43 Co 7 Mn 39 Sn 11粉末类似的响应，表明颗粒在复合材料制造后仍然可以转变。复合材料的疲劳裂纹测试显示，在裂纹的存在下进行MT的颗粒。这证明了传感磁性颗粒方法作为潜在的新SHM技术的可行性，然而，界面应进一步设计以优化从基质到颗粒的负载转移。
Through embedding functional materials into structural components, smart composites offer an alternative to structural health monitoring (SHM). The present work focuses on the development of a new kind of composite with metamagnetic shape memory alloy (MMSMA) particles as the sensory particle reinforcements. The premise of this approach is that sensory particles can experience martensitic transformation (MT) in the presence of the crack tip stress field, emitting acoustic signals and changing their magnetic state upon the transformation, which can be exploited using acoustic and/or magnetic sensors to detect the crack location. The composite fabrication consisted of the consolidation of pure Al and Ni43Co7Mn39Sn11MMSMA powders through spark plasma sintering at 400 °C and 560 °C. Consolidation at 400 °C yielded a porous composite. Consolidation at 560 °C yielded a highly dense composite with a diffusion region between the particles and matrix consisting of Al-Mn-Ni rich and Sn-Mn rich zones. Thermomagnetic testing of this composite displayed a similar response to the standalone Ni43Co7Mn39Sn11powder indicating that the particles can still transform after the composite fabrication. Fatigue crack testing of the composite revealed particles in the presence of cracks undergoing MT. This demonstrates the feasibility of the sensory magnetic particle approach as a potential new SHM technique, however, the interface should be further engineered to optimize the load transfer from matrix to the particles.
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DOI：
10.1002/pssb.201700523
发表时间：
2018
期刊：
physica status solidi (b)
影响因子：
--
作者：
Yuhao Wang;D. Salas;Bharat K. Medasani;P. Entel;I. Karaman;R. Arróyave;T. Duong
通讯作者：
T. Duong
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DOI：
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发表时间：
2016
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--
作者：
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F. Yuan
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Kitakami, O.
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A. M. Pérez-Sierra;N. Bruno;J. Pons;E. Cesari;I. Karaman