自從1996 年K.Ullakko等人在化學計量比Ni-Mn-Ga 單晶中獲得0.2%的可恢復應變，並證實該應變是由馬氏體孿晶變體再取向所引起的以來，以Ni-Mn-Ga為代表的磁性形狀記憶合金引起了科研工作者極大的關注和廣泛的興趣。目前已在Ni48.8Mn29.7Ga21.5單晶中得到約10%的可恢復磁感生應變。
基本介紹
- 中文名：磁性形狀記憶合金
- 外文名：Magnetic shape memory alloy
- 研發者：K.Ullakko團隊
- 研發國：美國
- 時間：1996年
- 所屬分類：磁性合金
- 特點：母形態的回覆（特定條件下）
傳統的形狀記憶合金在馬氏體狀態下進行塑性變形後，再將其加熱到Af溫度以上，便會自動回復到母相的狀態；如果將其再次冷卻到Mf溫度以下，它又會自動回復到原來經塑性變形或馬氏體的形狀。而且具有遠大於其它驅動材料的應變數，但必須通過改變合金的溫度來獲得應變，因此它的回響速度很慢。傳統的形狀記憶合金，如TiNi基、Fe基、Cu基合金等，雖然具有較大的可逆恢復應變和大的恢復力，但由於其受溫度場驅動，其回響頻率較低(約為1Hz左右)。近幾年來，一種新型電磁驅動材料—磁控形狀記憶合金悄然興起，並因其突出的磁致應變性能受到廣泛關注。
磁性形狀記憶合金的優勢就在於它兼具鐵磁性和熱彈性馬氏體相變，並且結合了形狀記憶合金應變大和磁致伸縮材料回響快的優點。利用磁場對合金中不利取向馬氏體變體的Zeeman靜磁力，促使有利取向的馬氏體變體長大併吞並不利取向的變體(表現為孿晶界的移動)，從而產生巨觀變形，當磁場強度減小或撤去時孿晶界又回到初始位置。
磁致形狀記憶效應只能存在於具有熱彈性馬氏體相變的磁性合金中。典型的鐵磁性形狀記憶合金有Ni-Mn-Ga、Ni-Fe-Ga、Fe基合金(Fe-Pd、Fe-Ni-Co-Ti等)和Co基合金(Co-Ni、Co-Mn系合金等)等。
磁致形狀記憶合金之所以特別受重視，是因為：
(1) 性能優異。最主要的性能指標是應變數，比現有材料性能高1-2個數量級。磁性形狀記憶合金具有雙向應變效應，這些特有的性能很適合開發新的致動器。
(2) 相對於超磁致伸縮材料，該材料的價格較低。由於超磁致伸縮材料含有大量價格昂貴的金屬(Tb)，磁控形狀記憶合金的價格大約為超磁致伸縮材料的十分之一。
(3) 可有多種重要套用。磁致形狀記憶合金作為智慧型材料，是未來國防和高技術領域的物質基礎。它的高應變特性、高回響頻率，可望在感測器、表層智慧型結構、自動控制、飛機機翼調控系統和超大功率超聲換能器技術等方面套用。
(4) 理論和新材料、新效應的研究價值高。例如，磁場對形狀記憶合金馬氏體相變的重要作用的新機制。從原理上，磁誘導形狀記憶效應完全不同於目前常用的磁致伸縮效應、不同於用溫度控制的現有形狀記憶合金和壓電材料，因此可以開發出許多新的材料和新的套用領域。
