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Ni-Mn-Ga合金质子辐照改性与低驱动磁场门槛值关联性研究
结题报告
批准号:
51871079
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
高智勇
依托单位:
学科分类:
E0110.金属生物与仿生材料
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
钱明芳、吴冶、孙思博、宁睿、孔令娇、赵云东、黄朝辉
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中文摘要
课题针对Ni-Mn-Ga磁性记忆合金驱动磁场门槛值高这一应用关键瓶颈,提出利用质子辐照调整磁性原子的电子结构及原子局域结构,提高磁晶各向异性和磁化率,降低驱动磁场门槛值的新思路。课题在研究入射质子与晶格原子交互作用基础上,探明以多类型辐照缺陷为主导的微观组织结构演化,阐明多类型辐照缺陷与马氏体孪晶界面原子交互作用,建立缺陷作用下孪晶界面运动规律,结合宏观磁感生应变行为测试,建立辐照缺陷—磁精细结构—孪晶界面及其可动性—驱动磁场门槛值的关联性,为低驱动磁场门槛值磁性记忆合金研究提供理论指导。
英文摘要
The research focuses on the bottleneck of Ni-Mn-Ga magnetically shape memory alloy as an actuiator materials in MEMS - its high critical driving magnetic field. Proton irradiation was proposed as a new method to adjust electronic and atomic local structure of magnetic atoms, improve magnetocrystalline anisotropy and susceptibility and decrease the critacal driveing magnetic field of Ni-Mn-Ga alloy. Based on the study of the interaction between incident protons and lattice atoms, the microstructure evolution of multi-type defects induced by proton irradiation is studied, and the interaction of mult-type defects and twin boundary atoms is clarified. Then the effect of irradiation defects on the twin boundary mobility is discussed. After that, the correlation of the irradiation defects, mangetic fine structure, twin boundary characteristics and its mobility and the critical driving magnetic field is build, which provide a theoretical guidance for the study of magnetic memory alloy with low crtical driving magnetic field.
Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金可在外磁场作用下产生宏观可逆应变在航天器中具有广阔的应用前景。质子等带电粒子辐照是航天器材料与器件在轨服役期间性能衰减乃至失效的重要诱因。因此本文系统研究了质子辐照对Ni-Mn-Ga薄膜微观组织结构、马氏体相变、磁学特性和磁感生应变的影响规律,揭示了Ni-Mn-Ga合金质子辐照效应的微观机理。.研究发现,Ni-Mn-Ga薄膜经质子辐照后其微观组织结构发生明显变化。7M马氏体Ni-Mn-Ga薄膜经质子辐照后发生中间马氏体相变;继续增大剂量,NM马氏体体积分数增大。马氏体态Ni-Mn-Ga薄膜经3MeV、2×1016p/cm2辐照时,薄膜呈现母相-7M马氏体和7M-NM马氏体两步相变。辐照态薄膜马氏体正逆相变温度随质子剂量增加而升高。正电子湮没实验结果表明,质子辐照在Ni-Mn-Ga薄膜中引入大量空位、位错等晶体缺陷,形成内应力场,诱发母相-7M马氏体和7M-NM马氏体相变。.120keV质子辐照Ni-Mn-Ga薄膜后,马氏体的饱和磁化强度及磁晶各向异性常数先升高后降低。剂量低时,入射质子与晶格原子发生级联碰撞,形成大量Ga空位点缺陷,造成Mn和Ni原子有悬挂电子或未配对电子存在,Mn和Ni原子本征磁矩增大,饱和磁化强度升高;剂量高时,辐照薄膜中形成大量低饱和磁化强度的再取向7M马氏体,两者的竞争作用导致薄膜饱和磁化强度随辐照剂量增加先升高后降低。.NiMnGa合金的磁感生应变随质子辐照剂量的增加先升高后下降,临界磁场先降低后升高。质子辐照影响合金磁感生应变的机制源于两个方面。辐照初期,合金的Ku和Ms均升高,界面移动驱动力升高起主要作用,且合金组织结构为界面可动性良好的7M马氏体,因而合金的磁感生应变显著增大。当辐照剂量进一步升高时,合金的Ms和Ku降低,界面移动驱动力降低,同时合金中形成NM马氏体,7M和NM马氏体相之间的随机弯曲界面运动困难,因此磁感生应变降低。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
Defect Engineering: Electron-Exchange Integral Manipulation to Generate a Large Magnetocaloric Effect in Ni41Mn43Co6Sn10 Alloys
缺陷工程:电子交换积分操作在 Ni41Mn43Co6Sn10 合金中产生大磁热效应
DOI:10.1021/acsami.1c18587
发表时间:2021
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:9.5
作者:Sun Sibo;Qin Haixu;Kong Lingjiao;Ning Rui;Zhao Yundong;Gao Zhiyong;Cai Wei
通讯作者:Cai Wei
DOI:10.1016/j.matlet.2021.131502
发表时间:2021-12
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Sibo Sun;L.C. Kong;Yiping Zheng;Zhiyong Gao;Wei Cai
通讯作者:Wei Cai
DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000570
发表时间:2021
期刊:材料工程
影响因子:--
作者:宁睿;高智勇;王海振;蔡伟
通讯作者:蔡伟
Microstructure, superelasticity and elastocaloric behavior of Ti-18Zr-11 Nb-3Sn strain glass alloys by thermomechanical treatment
形变处理 Ti-18Zr-11 Nb-3Sn 应变玻璃合金的显微组织、超弹性和弹热行为
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.164237
发表时间:2022-02-18
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Kong, Lingjiao;Wang, Bao;Gao, Zhiyong
通讯作者:Gao, Zhiyong
DOI:10.1016/j.mseb.2021.115078
发表时间:2021-04
期刊:Materials Science And Engineering: B
影响因子:--
作者:Rui Ning;Zhai-Ping Yang;Zhiyong Gao;X.Z. Cao;W. Cai
通讯作者:W. Cai
激光喷丸诱导高镍NiTi合金梯度结构形成机理及其应用功能特性研究
  • 批准号:
    52371181
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    51万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    高智勇
  • 依托单位:
高速撞击TiNi合金微观组织与应变恢复特性区域化形成机理研究
  • 批准号:
    51571074
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    高智勇
  • 依托单位:
质子辐照对TiNi合金马氏体相变和形状记忆特性的影响规律及机制
  • 批准号:
    51271066
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    高智勇
  • 依托单位:
光磁混合存储Ni-Mn-Ga纳米晶薄膜脉冲磁场及快速加热时微区马氏体相变与光学特性
  • 批准号:
    50601009
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    高智勇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金