超常环境服役新型金属智能材料研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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超常环境服役新型金属智能材料研究

项目名称：超常环境服役新型金属智能材料研究
项目类别：创新研究群体科学基金
批准号：51221163
申请代码：E010502
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2013-01-01-2015-12-31

项目负责人：徐惠彬
负责人职称：教授
依托单位：北京航空航天大学
批准年度：2012

中文摘要：

针对超常服役环境对金属智能材料的要求，开展了材料合金化设计、晶体生长、结构特征与相变机理、多场作用下的功能实现原理和技术研究，解决其在应用中的科学技术问题。①提出并设计了宽温域和耐腐蚀两种巨磁致伸缩材料，揭示了高活性复杂多元体系的取向生长机制，形成了自主知识产权专利技术，生长出高品质取向晶体，性能指标明显领先于国际报道水平。②提出了NiMnGa高相变点形状记忆合金新体系，并在该体系中发现了磁性转变与马氏体相变同时发生的现象，引发了国际同行对该高相变点记忆合金和该合金大磁热效应的研究热点。④在Muller-Xu相变理论模型的基础上，提出了一种单相宽滞后形状记忆合金，其成本和强度均优于国际上先进宽滞后形状记忆合金。本项目将针对空天和海洋等超常环境，通过研究功能实现的物理机制、材料设计、结构与功能特性、服役性能，研制出具有自主知识产权的新一代磁致伸缩材料、多功能金属智能材料以及新型磁力敏感材料。

中文主题词：固态相变；形状记忆合金；磁致伸缩材料；热电材料；

英文摘要：

Solid-state phase transformation；Shape memory alloys；Magnetostrictive materials；Thermoelectric materials；

英文主题词： Solid-state phase transformation；Shape memory alloys；Magnetostrictive materials；Thermoelectric materials；

结论摘要：

本项目重点开展了基于固态相变的新型功能材料研究，主要研究成果如下 1、基于热致固态相变的新型功能材料研究提出了点阵切变与纳米线弹性应变匹配新思路，设计了兼具高弹性、低模量和高强度的NiTi记忆合金/Nb纳米线复合材料；在固溶体型TiZr基形状记忆合金中获得了宽温域(123-323K)超弹性；通过Nb元素固溶设计了新型宽滞后NiTiNb记忆合金，已应用于“嫦娥5号”工程关键结构；引入马氏体相变和析出相变，设计了兼具超低弹模和高强度的亚稳β钛合金。上述工作为发展高性能记忆材料和钛合金奠定了重要理论基础。 2、基于磁致固态相变的新型功能材料研究突破了已有磁致伸缩材料设计准则，提出了微量稀土元素掺杂增强局域磁晶各向异性，从而诱导大磁致伸缩的思路。设计并制备出了具有纳米双相结构的低成本高性能新型铁基巨磁致伸缩合金，磁致伸缩值高达1800ppm，发展成为新一代超磁致伸缩材料。针对石油增产迫切需求，发展了低频大功率磁致伸缩采油换能器，初步应用于三次声波振动采油岩芯试验，石油增采效果显著。 3、基于磁-热-电转变的新型功能材料研究提出了磁相变次序调控和微结构修饰思路，设计了可实现磁-热-电高效转变的新型功能材料。NiMnGa磁热转变材料在相变过程中磁-结构不耦合，导致磁热效应差。通过相变次序调控，设计了Ni(CuCo)MnGa合金，实现了磁-结构强烈耦合的高灵敏磁相变，1T磁场使相变温度变化幅度从1K提高至5.4K，为目前Heusler合金最高值。热电转换材料PbTe固有的晶格热导率高，热电转换优值一直偏低。通过热动力学相分离，形成调幅分解微结构，发展了低热导率PbTe-PbS热电材料，优值高达2.3，为目前国际报道最高值。

成果综合统计