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特种功能材料中的马氏体相变及其应用 徐惠彬 E—mail：xuhb@buaa．edu．Crl 北京航空航天大学材料科学与工程学院 材料中的马氏体相变已经从传统结构材料的增强增韧延伸剑新型功能材料，引发出多种 奇特的物理效应。本文重点介绍形状记忆合金和热障涂层中的马氏体相变国内外研究现状和 必威体育精装版研究进展，以及该类材料的应用情况和应用前景。 磁性形状记忆合金是白1996年发展起来的一类新型金属智能材料。这类合金同时具有 热弹性马氏体相变和铁磁性转变，因而兼具人应变、快响应的综合优点，有望发展成为新一 代驱动器候选材料。早期关于磁性形状记忆合金的人磁致应变效应是基于铁磁性马氏体相的 磁场驱动孪晶变体再取向。虽然其磁致应变高达9．5％，但是其输出力仅为l-2MPa，远不能 满足驱动器的使川需求。磁场诱发马氏体相变输出力高达几十MPa，逐渐成为近期磁性形状 记忆合金领域的研究热点。最近，我们通过调控马氏体相变和磁性转变的顺序，在NiMnGaCu 合金中实现了从顺磁马氏体到铁磁奥氏体的相变。在此基础上获得了磁场诱发马氏体相变， 如图l(a)所示。诱发相变所需的临界磁场对温度变化非常敏感。图1(b)所示为在334K 驱动相变的临界磁场小于2T。此外，通过磁场诱发相变有望获得磁控形状记忆效应、巨磁 阻、大磁热等多种功能特性，进一步拓展磁性形状记忆合金的应用领域。 图1Ni43tm“；a。，Cm合金中的磁场诱发马氏体相变(a)及其临界磁场(b)。 传统NiTi形状记忆合金的相变点低丁．100℃，不能满足航空发动机等高温环境的需求。 问题，例如成本高、脆性显著、稳定性差等。针对这一问题，我们在磁性形状记忆合金的基 础上已经拓展开发了一种低成本、高稳定性新型高温形状记忆合金NiMnGa。但是NiMnGa合 金的脆性1卜常高，以至于不能承受拉虑力。最近，我们开发了NiMnGaCu高温形状记忆合金， 5 如图2所示。其相变点超过600℃，抗压、抗拉强度均超过800MPa，抗压极限超过40％，抗 拉极限约10％。 一日乱：一∞n￡lS Strain(％) 图2NiinGaCu合金的形状记忆效应 热障涂层(TBCs)是一种高温防护技术。在先进航空发动机中，热障涂层与高温结构材 料、高效气冷并重为发动机叶片的二大关键技术。 热障涂层由陶瓷隔热层和金属枯结层组成。Z毗是目前热障涂层普遍采用的隔热层材 料。然而，朱掺杂的涂层从高温冷却时，发生马氏体相变，产生体积膨胀，导致涂层剥落。 为解决此问题，国际上提出了采用Yz仉部分稳定的Zr02(YSZ)，在提高Zr02高温稳定性的 同时，产生微量马氏体相变，利用相变增韧效果，抑制涂层中微裂纹扩展，提高涂层的服役 寿命。然而，研究发现，热障涂层在服役过程中，陶瓷层稳定荆Y203溶解于腐蚀性熔盐，失 去稳定作用；另外，当YSZ的服役温度超过1250℃时，发生相变失稳，产生过量的马氏体 相交，引起涂层体积膨胀，导致涂层加速剥落失效。针对这一问题，我们研究了稀士氧化物 掺杂对Zr02品格畸变的影响(图2)，建立了多元稀土氧化物共掺杂对Z如中马氏体相变的 作用机理，提出了长寿命的热障涂层陶瓷层材料Gd：03、Yb籼、Y2m共掺杂zrQ(GY-YSZ)， 稳定，抗热冲击寿命达到15000次循环以上。 6