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具有弱一级马氏体相变Fe-Pd形状记忆合金的弹热效应机制研究

批准号:
51501113
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
肖飞
依托单位:
学科分类:
金属生物与仿生材料
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈世朴、左舜贵、耿永红、陈丹

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
基于应力诱发马氏体相变的形状记忆合金(SMA)是呈现降温制冷弹热效应的首选材料。相比呈典型一级相变的SMA,具有弱一级马氏体相变的Fe-Pd SMA ([001]晶轴取向)呈现出宽温域(~160 K)、高能效(~98%)、温变稳定(1000次加卸载后温变衰减小于0.2 K)的特点。基于前期工作,本项目将研究:(1)Fe-Pd SMA弹热效应的热力学微观机制(本质起源),即各因素对弹热效应的定量贡献;(2)不同晶轴取向Fe-Pd单晶应力场下的微观晶体学,及弹热效应的各向异性;(3)位错与畴界对Fe-Pd单晶弹热效应的影响规律。以上研究旨在揭示具有弱一级马氏体相变Fe-Pd SMA弹热效应的机制,为新型弹热制冷材料的开发利用奠定理论基础。
英文摘要
Shape memory alloy (SMA) exhibiting a stress-induced martensitic transformation (MT) is the most suitable material for the elastocaloric effect which was employed in the new refrigeration system. Compared with the SMA exhibiting a typical first-order MT, the Fe-Pd SMA exhibiting a weak first-order MT shows an elastocaloric effect with wide working temperature window (~160 K), high efficiency (~98%) and stable temperature change (the temperature attenuation is less than 0.2 K after 1000 times loading/unloading processes). Based on the previous study, this research will focus on: (1) the micro thermodynamics mechanism of elastocaloric effect in Fe-Pd SMA (the origin of the elastocaloric effect), in other words, the contribution of each factors to the elastocaloric effect; (2) the micro crystallography under the stress filed in the Fe-Pd single crystals with different crystal orientations, and the anisotropy of elastocaloric effect; (3) the influence of dislocation and domain boundary on the elastocaloric effect in Fe-Pd SMA. The purpose of this project is to perfect the micro mechanism of elastocaloric effect in the Fe-Pd SMA exhibiting a weak first-order MT, and to lay the groundwork for design and application of the new elastocaloric materials.
本项目对具有弱一级马氏体相变的Fe-Pd SMA的弹热效应进行了深入研究,结果表明:(1)Fe-Pd SMA弹热效应的绝大部分贡献(约70%)来源于弹性变形(杨氏模量随温度的急剧变化),部分(约30%)来源于相变潜热。(2)Fe-Pd SMA弹热效应在[001]方向获得最大值,[111]方向最次之,且压缩所致弹热效应明显高于拉伸所致。其原因归咎于Fe-Pd SMA较大的弹性各向异性值(约4-10)。(3)Fe-Pd SMA在高周期疲劳实验中呈现出优异的力学性能,尤其是在[001]方向的压缩测试,且整体变形过程为均匀连续变化。其原因主要归咎于Fe-Pd SMA的马氏体变体呈现沿压缩方向的连续晶格变化,该过程类似弹性变形。(4)发现了两种异常的弹热效应,即反弹热效应与马氏体状态下的弹热效应,这两种特殊的弹热效应都与材料中特定的内应力场有紧密联系。综上所述结果,Fe-Pd SMA具有优异的疲劳性能且温度变化均匀,但其温度变化幅度相对较小。通过引入特定内应力场可以实现异常的弹热效应。相关研究丰富了弹热效应理论并为今后的实际应用奠定了基础。项目资助发表SCI论文13篇(第一作者7篇,通讯作者5篇)。正在培养博士3名,硕士1名,完成本科毕设2人次。项目投入经费21万元,支出20.9745万元,各项支出基本与预算相符。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Stress-induced reverse martensitic transformation in a Ti-51Ni (at%) alloy aged under uniaxial stress.
应力诱导%20反向%20马氏体%20相变%20in%20a%20Ti-51Ni%20(at%)%20合金%20时效%20下%20单轴%20应力
DOI: 10.1038/s41598-018-24411-1
发表时间: 2018-04-17
期刊: Scientific reports
影响因子: 4.6
作者: [Xiao F, Chen H, Jin X, Nie Z, Kakeshita T, Fukuda T]
通讯作者: Fukuda T
Elastocaloric Effect Associated with Different Types of Martensitic Transformations: Typical First-Order and Weak First-Order Ones
与不同类型的马氏体转变相关的弹热效应:典型的一阶和弱一阶
DOI: 10.1002/pssb.201700246
发表时间: 2017
期刊: Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics
影响因子: 1.6
作者: [Xiao F., Fukuda T., Jin X., Liu J., Kakeshita T.]
通讯作者: Kakeshita T.
Suppression of Martensitic Transformation in Co2Cr(Ga,Si) Heusler Alloys by Thermal Cycling
热循环抑制 Co2Cr(Ga,Si) Heusler 合金中的马氏体相变
DOI: 10.1007/s11661-017-4048-3
发表时间: 2017-03
期刊: METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A
影响因子: --
作者: [Liang Xiao, Xiao Fei, Jin Xuejun, Fukuda Takashi, Kakeshita Tomoyuki]
通讯作者: Kakeshita Tomoyuki
Inverse elastocaloric effect in a Ti-Ni alloy containing aligned coherent particles of Ti3Ni4
含有 Ti3Ni4 排列相干颗粒的 Ti-Ni 合金中的逆弹热效应
DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.07.016
发表时间: 2016-11-01
期刊: SCRIPTA MATERIALIA
影响因子: 6
作者: [Xiao, Fei, Fukuda, Takashi, Kakeshita, Tomoyuki]
通讯作者: Kakeshita, Tomoyuki
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    高性能形状记忆合金密封弹性件的开发与研究
    • 批准号:
      24ZR1438200
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2024
    • 负责人:
      肖飞
    • 依托单位:
    新型高抗疲劳的镍钛基固态弹热制冷合金的开发
    • 批准号:
      52211530096
    • 项目类别:
      国际(地区)合作与交流项目
    • 资助金额:
      10万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      肖飞
    • 依托单位:
    新型高抗疲劳的镍钛基固态弹热制冷合金的开发
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      国际(地区)合作与交流项目
    • 资助金额:
      --
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      肖飞
    • 依托单位:
    新型固态弹热制冷合金的研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      优秀青年科学基金项目
    • 资助金额:
      120万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      肖飞
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金