正在加载图片...
D0I:10.13374/方.issn1001-t63x.2010.10.012 第32卷第10期 北京科技大学学报 Vol 32 No 10 2010年10月 Journal of Un iersity of Science and Technology Beijing 0ct2010 氢促进铁磁性形状记忆合金Niso Mno Ga2o的纳米压 痕蠕变与压痕回复 沈连成2)宿彦京)何健英)李金许)褚武扬) 乔利杰) 1)北京科技大学腐蚀与防护中心，北京1000832)中国科学院半导体研究所，北京100083 摘要采用纳米压痕法研究了氢对N切MmG取向多晶室温纳米压痕蠕变和压痕塑性形变的影响.结果表明，N0Mm G®取向多晶在室温下能够发生纳米压痕蠕变.在试样室温真空充氢之后，引入的氢不仅能够促进纳米压痕蠕变，还可以使 得马氏体相变的“伪弹性”存储的弹性能得以释放，发生逆转变，使部分塑性变形回复· 关键词铁磁性形状记忆合金；纳米压痕：蠕变：氢；伪弹性 分类号TB303 Prom otion effect of hydrogen on nanoinden tation creep and recovery of nanoin- dentation in N ioM noG azo ferrom agnetic shape m em ory alloy SHEN Lian"cheng.SU Yan-jing,HE Jian ying,LI Jin xu,CHU Wu yang.QIAO Li-jie) 1)Corosion and Protection Center University of Scence and Technology Beijing Beijng 100083 Chna 2)Institte of Sem iconductors Chinese Academny of Sciences Beijing 100083 China ABSTRACT The effect of hydrogen on nanondentation creep at moon temperature and plastic defomation of nanoindentation in pref- erentially orientated polycrystalline N ioMmoGao was investigated by nanoindentation The results show that nanoindentation creep in the preferentially orientated polyerystalline N ioM no Gao could occur at room temperature After the speciens was hydrogen charged in vacuum at room temperature the introduced hydrogen could not only prmote the nanoindentation creep but also release the elastic en- ergy stored n martensitic pseudoelasticity and induce reversble martensitic transfomation which resulted in the partial recovery of plastic defomation KEY WORDS fermmagnetic shape meory alloys nanoindentation:creep hydrogen:pseudoelasticity NMGa作为铁磁性形状记忆合金，近十年来 其操作简单快速的实验过程，已经成为测试材料力 得到全世界的广泛关注，它通过磁场驱动马氏体孪 学性能的常用技术，其载荷一位移曲线包含了丰富 晶的迁移实现材料的磁控形状记忆效应山， 的信息并且具有极高的分辨率，为研究材料的室温 NMnG的磁致应变能够达到10%左右)，相比现 蠕变提供了一种有效的测试手段).通过纳米压痕 在用于执行器和驱动器的铁电陶瓷(0.%场致应 法可以在表面局部区域内研究室温蠕变，有大量工 变)和磁致伸缩材料Terfenol-D(0.24%磁致应变)， 作表明，氢能促进室温蠕变或者应力弛豫.Feng N重MmGa的磁致应变输出几乎是它们的50 和Ngam的研究表明，纳米压痕蠕变与载荷位移 100倍，因此NiMnGa有望成为新一代智能驱动和 曲线上的位移突变有关，对于山在位移突变之前， 传感材料，作为一种开发应用的新材料，除了具有 蠕变也能发生，但属于扩散蠕变，在位移突变后出现 应用中所需要的某种优良特性外，了解该材料环境 的蠕变则属于位错蠕变；张建民和徐可为利用恒 中的力学稳定性也是不可缺少的，纳米压痕法由于 加载速率载荷法和恒载荷法相结合的稳态加载和 收稿日期：2010-03-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。50731003N。50671007):新金属材料国家重点实验室开放课题(No2009Z-04) 作者简介：沈连成(1978一)，男，博士，Email Ish@semi ao cn第 32卷 第 10期 2010年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．10 Ｏｃｔ．2010 氢促进铁磁性形状记忆合金 Ｎｉ50Ｍｎ30Ｇａ20的纳米压 痕蠕变与压痕回复 沈连成 12） 宿彦京 1） 何健英 1） 李金许 1） 褚武扬 1） 乔利杰 1） 1） 北京科技大学腐蚀与防护中心北京 100083 2） 中国科学院半导体研究所北京 100083 摘 要 采用纳米压痕法研究了氢对 Ｎｉ50Ｍｎ30Ｇａ20取向多晶室温纳米压痕蠕变和压痕塑性形变的影响．结果表明Ｎｉ50Ｍｎ30 Ｇａ20取向多晶在室温下能够发生纳米压痕蠕变．在试样室温真空充氢之后引入的氢不仅能够促进纳米压痕蠕变还可以使 得马氏体相变的 “伪弹性 ”存储的弹性能得以释放发生逆转变使部分塑性变形回复． 关键词 铁磁性形状记忆合金；纳米压痕；蠕变；氢；伪弹性 分类号 ＴＢ303 Ｐｒｏｍｏｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｏｎｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｃｒｅｅｐａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｎａｎｏｉｎ- ｄｅｎｔａｔｉｏｎｉｎＮｉ50Ｍｎ30Ｇａ20ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙ ＳＨＥＮＬｉａｎ-ｃｈｅｎｇ 12）ＳＵＹａｎ-ｊｉｎｇ 1）ＨＥＪｉａｎ-ｙｉｎｇ 1）ＬＩＪｉｎ-ｘｕ 1）ＣＨＵＷｕ-ｙａｎｇ 1）ＱＩＡＯＬｉ-ｊｉｅ 1） 1） ＣｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｏｎｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｃｒｅｅｐａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｐｒｅｆ- ｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｏｒｉｅｎｔａｔｅｄｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＮｉ50Ｍｎ30Ｇａ20 ｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｃｒｅｅｐｉｎ ｔｈｅｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｏｒｉｅｎｔａｔｅｄｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＮｉ50Ｍｎ30Ｇａ20ｃｏｕｌｄｏｃｃｕｒａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗａｓｈｙｄｒｏｇｅｎｃｈａｒｇｅｄｉｎ ｖａｃｕｕｍａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｈｙｄｒｏｇｅｎｃｏｕｌｄｎｏｔｏｎｌｙｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｃｒｅｅｐｂｕｔａｌｓｏｒｅｌｅａｓｅｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｅｎ- ｅｒｇｙｓｔｏｒｅｄｉｎｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｐｓｅｕｄｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄｉｎｄｕｃｅｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｔｈｅｐａｒｔｉａｌｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆ ｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｓ；ｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ；ｃｒｅｅｐ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ；ｐｓｅｕｄｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ 收稿日期：2010--03--30 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （Ｎｏ．50731003Ｎｏ．50671007）；新金属材料国家重点实验室开放课题 （Ｎｏ．2009Ｚ--04） 作者简介：沈连成 （1978— ）男博士Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｓｈｅｎ＠ｓｅｍｉ．ａｃ．ｃｎ Ｎｉ2ＭｎＧａ作为铁磁性形状记忆合金近十年来 得到全世界的广泛关注它通过磁场驱动马氏体孪 晶的 迁 移 实 现 材 料 的 磁 控 形 状 记 忆 效 应 ［1］． Ｎｉ2ＭｎＧａ的磁致应变能够达到 10％左右 ［2］相比现 在用于执行器和驱动器的铁电陶瓷 （0∙1％场致应 变 ）和磁致伸缩材料 Ｔｅｒｆｅｎｏｌ--Ｄ（0∙24％磁致应变 ） Ｎｉ2ＭｎＧａ的 磁 致 应 变 输 出 几 乎 是 它 们 的 50～ 100倍因此 Ｎｉ2ＭｎＧａ有望成为新一代智能驱动和 传感材料．作为一种开发应用的新材料除了具有 应用中所需要的某种优良特性外了解该材料环境 中的力学稳定性也是不可缺少的．纳米压痕法由于 其操作简单快速的实验过程已经成为测试材料力 学性能的常用技术其载荷 —位移曲线包含了丰富 的信息并且具有极高的分辨率为研究材料的室温 蠕变提供了一种有效的测试手段 ［3］．通过纳米压痕 法可以在表面局部区域内研究室温蠕变有大量工 作表明氢能促进室温蠕变或者应力弛豫 ［4］．Ｆｅｎｇ 和 Ｎｇａｎ ［5］的研究表明纳米压痕蠕变与载荷--位移 曲线上的位移突变有关对于 Ｉｎ在位移突变之前 蠕变也能发生但属于扩散蠕变在位移突变后出现 的蠕变则属于位错蠕变；张建民和徐可为 ［6］利用恒 加载速率／载荷法和恒载荷法相结合的稳态加载和 DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．10．012