Tính dẻo và tính chất nhớ hình dạng của hợp kim Heusler Ni–Mn–Ga–Cu

CÁC Hợp kim Ni–Mn–Ga Heusler đã được nghiên cứu rộng rãi trong vài thập kỷ qua như một vật liệu tiềm năng cho các thiết bị truyền động và cảm biến. và biến dạng cảm ứng từ trường (MFIS).[5–10] Trong các hợp kim Ni–Mn–Ga cân bằng hóa học, ba loại cấu trúc tinh thể đã được tìm thấy, tức là: năm lớp (10M), bảy lớp (14M ) và mactenxit không điều biến (2M).[11,12] Nhiều ứng dụng kỹ thuật yêu cầu các hợp kim nhớ hình hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 390 K. Người ta biết rằng trong các hợp kim này, nhiệt độ biến đổi mactenxit (MT) rất cao nhạy cảm với các biến đổi hóa học.

Lợi ích của cistanche tubulosa-Chống bệnh Alzheimer

[13–16] Một số bài báo tiết lộ rằng nhiệt độ MT cao có thể được quan sát thấy trong các hợp kim Ni2MnGa cân bằng hóa học với hàm lượng Ni hoặc Mn được làm giàu, cho thấy tiềm năng của chúng là các hợp kim nhớ hình dạng ở nhiệt độ cao (HTSMA).[17,18] Ngoài ra, việc bổ sung nguyên tố thứ tư như Cu hoặc Fe vào hệ thống 3 nguyên tố có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể nhiệt độ MT.[19–21] Hạn chế khác đối với các ứng dụng thực tế của hợp kim Ni–Mn–Ga là độ giòn và cường độ thấp.

Do đó, việc cải thiện các tính chất cơ học đã trở thành một ưu tiên trong việc phát triển các vật liệu này. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng độ dẻo của hợp kim Ni–Mn–Ga đa tinh thể có thể được cải thiện một cách hiệu quả thông qua sự hình thành pha c dễ uốn. [22,23] Trong bài báo này, ảnh hưởng của việc bổ sung Cu thay vì Ga đối với độ dẻo và SME của hợp kim Ni50Mn25Ga25 xCux bậc bốn đã được nghiên cứu. Các hợp kim đa tinh thể có thành phần danh nghĩa Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 đến 10 at pct) được điều chế trong môi trường bảo vệ argon bằng phương pháp nóng chảy hồ quang. Độ tinh khiết của niken, mangan, gali và đồng lần lượt là 99,95, 99,95, 99,99 và 99,999 phần trăm. Mỗi thỏi hình nút khoảng 8 g được nấu chảy lại bốn lần để đảm bảo tính đồng nhất tốt. Ngoài ra, thêm 5% trọng lượng Mn đã được thêm vào để bù đắp cho tổn thất bay hơi. Sau đó, các thỏi được niêm phong trong ống thạch anh chân không và ủ ở 1173 K trong 48 giờ và sau đó làm nguội lò đến nhiệt độ môi trường.

Sa mạc sống cistanche-Chống bệnh Alzheimer

Bấm vào đây để xem các sản phẩm Cải thiện Trí nhớ và Ngăn ngừa Bệnh Alzheimer

【Yêu cầu thêm】 Email:cindy.xue@wecistanche.com / Ứng dụng Whats: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Do hàm lượng Ni và Mn cố định và việc bổ sung Cu thay vì Ga ngày càng tăng, các mẫu sau đây được gọi là Cu1, Cu2, v.v. Cấu trúc pha được xác định ở nhiệt độ phòng bằng phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) sử dụng Bruker D8-Discover với bức xạ CoKa. Các quan sát vi cấu trúc được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) (Philips XL30). Phần thể tích của pha c và martensite được tính toán từ ba ảnh SEM được chụp ở chế độ điện tử tán xạ ngược (BSE) ở độ phóng đại 1000 và sau đó được xử lý bằng chương trình ImageJ. Các tính chất cơ học và SME được đo ở nhiệt độ phòng bằng các thử nghiệm nén một trục với tốc độ biến dạng là 10 3 s 1 bằng máy Instron 5566. Các mẫu hình chữ nhật có tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng là 3/2 cho các thử nghiệm nén được cắt ra khỏi vật liệu dạng khối bằng cách sử dụng gia công phóng điện. Chiều dài của mẫu thử được đo trước khi chất tải (l0), sau khi dỡ tải (l1) và sau khi gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn 100 K so với nhiệt độ hoàn thiện austenit (Af) trong 15 phút (l2) bằng panme có độ chính xác 0,001 mm . Biến dạng vĩnh viễn sau khi dỡ tải (ep) và biến dạng phục hồi do SME (eSME) được tính tương ứng là ep ¼ ln l0 l1  100pct và eSME ¼ ln l2 l1  100pct. Tỷ lệ có thể thu hồi được tính là R ¼ eSME ep. Ngoài ra, từ các đường cong ứng suất-biến dạng, các ứng suất kết đôi (RTW) được xác định bằng cách đo mức ứng suất ở một nửa biến dạng ep. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X được sử dụng để xác định loại cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ phòng. Loại tiến hóa cấu trúc tinh thể và các tham số mạng tương ứng được thu thập trong Bảng I.

Cistanche bổ sung gần tôi-Cải thiện trí nhớ

Trong mẫu đầu tiên (Cu1), các đỉnh chính được lập chỉ mục là các đỉnh của cấu trúc lập phương L21 (pha austenit gốc) với các tham số mạng là=5.8282 A˚. Khi hàm lượng Cu tăng lên 2 at pct, một số đỉnh mới từ pha thứ hai đã được phát hiện. Do cường độ yếu của chúng nên chỉ có thể tính được các thông số mạng tinh thể của pha austenite gốc là một=5.8346 A˚. Trong mẫu tiếp theo (Cu2,75), cấu trúc martensite 10 M tinh khiết xuất hiện. Khi tiếp tục hợp kim hóa, một sự biến đổi khác đã được phát hiện, thành cái gọi là pha mactenxit không điều biến, đã được quan sát thấy trong các mẫu từ Cu4 đến Cu8. Ai cũng biết rằng các biến đổi hóa học gây ra những thay đổi về tính tứ giác của tế bào đơn vị martensite. Trong trường hợp này, tham số mạng ''a'' giảm từ 5,4857 xuống 5,3840 A˚ và ''c'' tăng từ 6,5327 lên 6,7241 A˚ đối với Cu4 và Cu8, tương ứng (Hình 1), giữ cho âm lượng không đổi. Các mẫu có lượng bổ sung Cu cao nhất biểu hiện các đỉnh nhiễu xạ bổ sung ngoài các đỉnh chỉ đến từ pha martensite. Pha mới được xác nhận là pha c với cấu trúc lập phương tâm mặt.[18] Để đánh giá ảnh hưởng của việc thay thế Ga bằng Cu đối với tính chất cơ học và SME, các thử nghiệm nén được thực hiện ở nhiệt độ phòng. Các đường cong ứng suất-biến dạng đại diện được trình bày trong Hình 2(a). Đường cong nén của Ni50Mn25Ga24Cu1 cho thấy đặc tính siêu đàn hồi với sự biến đổi martensitic thuận và ngược.[24] Ứng suất cần thiết cho pha austenite gốc để trải qua quá trình biến đổi martensitic do ứng suất được tính toán là khoảng 250 MPa. Đường cong ứng suất-biến dạng của Ni50Mn25Ga23Cu2 cho thấy một số dao động. Do đặc tính hỗn hợp của cấu trúc vi mô của mẫu này, cao nguyên đầu tiên có thể được liên kết với biến dạng mactenxit, trong khi cao nguyên thứ hai sẽ đại diện cho sự biến đổi austenit thành mactenxit. Trong trường hợp cụ thể này, ứng suất 60MPa được đo ở một nửa biến dạng vĩnh cửu (ep) tương ứng với biến đổi austenite fifi martensite gốc (A fifi M). Các đường cong ứng suất-biến dạng của các mẫu từ Cu2.75 đến Cu10 bao gồm ba giai đoạn liên quan đến biến dạng đàn hồi của đa biến, sự định hướng lại của các biến thể mactenxit và/hoặc tách rời, và biến dạng đàn hồi và dẻo của các mactenxit định hướng lại hoàn toàn. Hình 2(b) cho thấy các giá trị ứng suất kết đôi tăng lên khi lượng Cu cũng tăng lên. Ngoài ra, việc thay thế Ga bằng Cu mang lại sự cải thiện đáng kể về độ dẻo ở nhiệt độ phòng của các hợp kim Ni–Mn– Ga–Cu, điều này rất quan trọng trong trường hợp các ứng dụng tiềm năng (Hình 3(a)). Hơn nữa, trong các hợp kim thể hiện một loại cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ phòng, cụ thể là martensite 2M (tức là từ Cu4 đến Cu8), một hành vi tuyến tính trong việc cải thiện độ dẻo khi tăng nồng độ Cu đã được quan sát. Sự xuất hiện của pha thứ hai trong các mẫu có lượng Cu cao nhất thay vì Ga mang lại sự gia tăng đáng kể về biến dạng ep. Để có được hoạt động của bộ nhớ hình dạng, sau khi các mẫu thử nghiệm nén được làm nóng, sau đó biến dạng phục hồi của chúng, giá trị trung bình của biến dạng phục hồi và tỷ lệ phục hồi được đo và vẽ trong Hình 3(b). Biến dạng có thể phục hồi tối đa giữa pha austenit gốc và mactenxit được xác định bởi độ lớn của lực cắt cần thiết để đi từ cấu trúc này sang cấu trúc khác. Hơn nữa, các giá trị lý thuyết của biến dạng thuận nghịch có thể đạt được thấp hơn đối với các cấu trúc martensitic được điều chế so với các cấu trúc tinh thể không được điều chế. Đây là lý do tại sao chúng tôi quan sát thấy các giá trị SME thấp hơn của các mẫu với một lượng nhỏ Cu bổ sung (lên đến Cu2,75), trong đó cấu trúc được điều chế chiếm ưu thế. Biến dạng có thể phục hồi đang tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng Cu đối với các mẫu trong đó pha martensite đơn 2M được quan sát thấy ở nhiệt độ phòng.

Tác dụng của bệnh Cistanche-Chống bệnh Alzheimer

Ngoài ra, tính tứ phương của ô đơn vị martensite (xem tỷ lệ c/a trong Bảng 1) cũng tăng lên khi hợp kim hóa. Khi tỷ lệ c/a của ô đơn vị martensite lệch xa hơn 1, biến dạng biến đổi tăng lên. Tỷ lệ c/a cao biểu thị sự biến dạng lớn hơn từ pha austenit gốc lập phương, và do đó, một SME cao hơn với lượng bổ sung Cu tăng lên có thể được quan sát thấy trong các hợp kim Ni–Mn–Ga–Cu. Hơn nữa, hợp kim Ni50Mn25Ga17Cu8 sau khi nung nóng thể hiện biến dạng có thể phục hồi hoàn toàn. Hơn nữa, giá trị SME là 7 phần trăm được quan sát thấy trong hợp kim đa tinh thể này lớn hơn các giá trị được báo cáo trước đây trong hệ thống Ni–Mn–Ga bậc ba, ngay cả đối với các tinh thể đơn lẻ.[18,25] Nhiều ứng dụng kỹ thuật cần các hợp kim nhớ hình dạng để hoạt động ở nhiệt độ cao hơn (nghĩa là cao hơn 473 K), để đáp ứng nhu cầu từ các lĩnh vực công nghệ cao khác nhau, chẳng hạn như ngành công nghiệp ô tô hoặc hàng không vũ trụ. Hiện tại, một số hệ thống hợp kim đã được nghiên cứu, chẳng hạn như FeMnSi-, CuAlNi-, NiMn-, NiAl-, Ti(Pt, Pd, Au,)- và dựa trên NiTi[26,27] nhưng cho đến nay vẫn còn một số vấn đề (ví dụ, ổn định mactenxit, mất ổn định nhiệt và cơ nhiệt) vẫn chưa được giải quyết trong các hợp kim này. Trong nghiên cứu trước đây của mình,[19] chúng tôi đã báo cáo rằng lượng Cu tăng thay vì Ga cũng làm tăng nhiệt độ MT lên tới 720 K đối với mẫu Cu8 (Hình 4), khiến hợp kim này trở thành ứng cử viên đầy triển vọng cho ứng dụng công nghiệp như HTSMA.

Superman thảo mộc cistache--Chống bệnh Alzheimer

Thật không may, hợp kim hóa hơn nữa thúc đẩy sự hình thành của cái gọi là pha c dẫn đến giảm biến dạng có thể phục hồi. Ngoài ra, nhiệt độ chuyển đổi bắt đầu martensitic giảm nhẹ 15 K trong các mẫu pha kép đã được quan sát. Hiệu ứng này có thể là hậu quả của các ứng suất bên trong bổ sung được tạo ra bởi sự không tương thích của mạng tinh thể giữa hai pha. Tác động tiêu cực của pha c đối với sự phục hồi hình dạng của hợp kim Cu10 đáng chú ý hơn so với trường hợp hợp kim Cu9. Phân số thể tích của pha c được đo lần lượt là khoảng 12 và 24 phần trăm đối với Cu9 và Cu10. Sự đóng góp của pha c gây ra sự cải thiện về độ dẻo của vật liệu. Tuy nhiên, nó cũng làm giảm đáng kể chính doanh nghiệp vừa và nhỏ. Tỷ lệ có thể phục hồi cho thấy hành vi tương tự như biến dạng có thể phục hồi trong quá trình thay thế Ga bằng Cu. Giá trị R thấp khá bất ngờ đối với Ni50Mn25Ga22,25Cu2,75 có thể do sự không liên tục của bề mặt đã được quan sát thấy sau khi thử nghiệm nén. Cấu trúc điều chế (10M, 14M) của hợp kim Ni-Mn-Ga giòn hơn so với cấu trúc không điều biến, đây có thể là lý do khiến giá trị SME và R thấp trong trường hợp cụ thể này. Dựa trên các kết quả thí nghiệm, có thể rút ra kết luận sau: Sự thay thế Ga bằng Cu dẫn đến những thay đổi về loại cấu trúc tinh thể và tứ giác của ô đơn vị, tăng khi tăng lượng Cu bổ sung. Độ dẻo ở nhiệt độ phòng của hợp kim Ni-Mn-Ga-Cu có thể được cải thiện đáng kể thông qua việc bổ sung Cu và sự hình thành pha c. Tuy nhiên, sự ra đời của giai đoạn sau làm giảm đáng kể doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Bảng I. Loại cấu trúc tinh thể và các tham số mạng của hợp kim Ni50Mn25Ga252xCux (x=1 đến 10 at pct) ở nhiệt độ phòng

Hình 1—Sự phát triển của các tham số mạng của hợp kim Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 thành 10 at pct).

Hình 2—(a) Đường cong ứng suất thực nén–biến dạng thực của Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1, 2, 2,75, 4, 9 at pct) được thử nghiệm ở nhiệt độ phòng. (b) Sự phát triển của ứng suất cần thiết cho pha austenite gốc để trải qua quá trình chuyển đổi martensitic do ứng suất gây ra cho Cu1 và Cu2 và ứng suất kép cho phần còn lại của các mẫu, tức là từ Cu2,75 đến Cu10.

Hình 3—(a) Biến dạng vĩnh viễn sau khi dỡ hợp kim Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 đến 10 at pct). (b) Các chủng hợp kim Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 đến 10 at pct) được thu hồi khi nung nóng đến 100 K trên nhiệt độ hoàn thiện austenit (Af).

Hình 4—Sự phụ thuộc thành phần của nhiệt độ bắt đầu biến đổi martensitic trong hợp kim Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 đến 10 at pct).

NGƯỜI GIỚI THIỆU

1. K Ullakko: J. Mater. Tiếng Anh Thực hiện., 1996, tập. 5, trang 405–409.

2. AR Smith, J Tellinen, và K Ullakko: Acta Mater., 2014, tập. 80, trang 373–79.

3. I Suorsa, E Pagounis, và K Ullakko: J. Magn. Magn. Mater., 2004, tập. 272–276, trang 2029–30.

4. A Hobza, CL Patrick, K Ullakko, N Raflfla, P Lindquist và P Mu¨llner: Sens. Actuat. A-Phys., 2018, tập. 269, trang 137–44.

5. VV Martynov: J. Phys. Pháp, 1995, tập. 5, trang. C8-91–C8-99.

6. VV Kokorin, VV Martynov, và VA Chernenko: Scr. kim loại. Mater., 1992, tập. 26, trang 1752–77.

7. K Ullakko, JK Huang, C Kantner, RC O'Handley, và VV Kokorin: Appl. vật lý. Lett., 1996, tập. 69, trang 1966–68.

8. SJ Murray, M Marioni, SM Allen, RC O'Handley, và TA Lograsso: Appl. vật lý. Lett., 2000, tập. 77, trang 886–88.

9. E Pagounis, R Chulist, MJ Szczerba, và M Laufenberg: Appl. vật lý. Lett., 2014, tập. 105, tr. 052405.

10. E Pagounis, MJ Szczerba, R Chulist, và M Laufenberg: Appl. vật lý. Lett., 2015, tập. 107, tr. 152407.

11. J Pons, VA Chernenko, R Santamarta, và E Cesari: Acta Mater., 2000, tập. 48, trang 3027–38.

12. ZB Li, B Yang, YD Zhang, C Esling, NF Zou, X Zhao, và L Zuo: Acta Mater., 2014, tập. 74, trang 9–17.

13. SK Wu và ST Yang: Mater. Lett., 2003, tập. 57, trang 4291–96.

14. AN Vasil'ev, AD Bozhko, VV Khovailo, IE Dikshtein, VG Shavrov, VD Buchelnikov, M Matsumoto, S Suzuki, T Takagi và J Tani: Phys. Rev. B, 1999, tập. 59, trang 1113–20.

15. A Brzoza, S Sumara, A Wierzbicka-Miernik, W Maziarz, và MJ Szczerba: Mater. Khoa học. Technol.-Lond., 2020, tập. 36, trang 961–65.

16. XQ Chen, X Lu, và ZX Qin: Mater. Khoa học. Technol.-Lond., 2009, tập. 25, trang 829–32.

17. VA Chernenko, E Cesari, VV Kokorin, và IN Vitenko: Scr. kim loại. Mater., 1995, tập. 33, trang 1239–44.

18. Y Ma, C Jiang, Y Li, H Xu, C Wang, and X Liu: Acta Mater., 2007, vol. 55, trang 1533–41.

19. A Brzoza, A Wierzbicka-Miernik, T Czeppe, E Cesari, và MJ Szczerba: Intermetallics, 2019, tập. 109, trang 157–61.

20. S Guo, Y Zhang, B Quan, J Li, Y Qi, and X Wang: Smart Mater. Cấu trúc, 2005, tập. 14, trang S236–8.

21. ZB Li, NF Zou, CF Sa´nchez-Valde´s, JL Sa´nchez Llamazares, B Yang, Y Hu, YD Zhang, C Esling, X Zhao, và L Zuo: J. Phys. D, 2016, tập. 49, tr. 1025002.

22. Y Ma, S Yang, Y Liu, and X Liu: Acta Mater., 2009, vol. 57, trang 3232–41.

23. Y Xin, Y Li, L Chai, H Xu: Scr. Mater., 2007, tập. 57, trang 599–601.

24. CM Wayman: Prog. mẹ. Khoa học, 1992, tập. 36, trang 203–24.

25. H Xu, Y Ma, and C Jiang: Appl. vật lý. Lett., 2003, tập. 82, trang 3206–208.

26. J Ma, I Karaman, và R Noebe: Int. mẹ. Rev., 2010, tập. 5, trang 257–15.

27. JV Humbeeck: Mater. độ phân giải Bản tin, 2012, tập. 47, tr. 2966.