Ni-Mn-Ga Магнитный сплав с памятью формы (MSM), монокристалл Ni50Mn28.5Ga21.5.1

### **Ni-Mn-Ga Магнитный сплав с памятью формы (MSMA) - Ni₅₀Mn₂₈.₅Ga₂₁.₅ Монокристалл** #### **Обзор** **Ni-Mn-Ga Magnetic Shape Memory Alloys** представляют собой революционный класс интеллектуальных материалов, которые демонстрируют большие обратимые деформации при воздействии магнитных полей. Монокристалл **Ni₅₀Mn₂�₈.₅Ga₂₁.₅* особенно примечателен тем, что позволяет достичь исключительной деформации, вызванной магнитным полем (MFIS) за счет переориентации мартенситного варианта. В отличие от обычных сплавов с памятью формы, которые активируются при изменении температуры, эти материалы реагируют на магнитные раздражители, обеспечивая быстрое бесконтактное срабатывание с частотой до нескольких сотен герц. --- #### **Химический состав (атомный %)** | Элемент | Содержание (на.%) | Допуск | Функция | |---------|---------------|-----------|-----------| | **Никель (Ni)** | **49,5-50,5%** | **±0.5%** | Первичный матричный элемент, управляет фазовой стабильностью | | **Марганец (Mn)** | **28,0-29,0%** | **±0.5%** | Носитель магнитного момента, влияет на температуру Кюри | | **Галлий (Ga)** | **20,5-22,5%** | **±1.0%** | Стабилизирует мартенситную фазу, изменяет температуры трансформации | *Примечание: контроль состава имеет решающее значение, так как изменение ±0,1% может сместить температуру трансформации на 10-20 К.* --- #### **Физические и функциональные свойства** | Собственность | Значение / Описание | |----------|---------------------| | **Плотность** | **8,20-8,35 г/см³** | | **Температура плавления** | **~1150-1200°C** | | **Кристаллическая структура** | **5M/7M модулированный мартенсит** (при комнатной температуре) | | **Деформация, вызванная магнитным полем** | **5-10%** (в зависимости от варианта мартенсита) | | **Частота отклика** | **До 500 Гц** | | **Блокирующий стресс** | **3-8 МПа** | | **Модуль Юнга** | **1-5 ГПа** (анизотропный, вариантно-зависимый) | | **Температура Кюри** | **370-380 K** (~97-107°C) | | **Мартенситный старт (мс)** | **300-320 K** (~27-47°C) | | **Магнитное насыщение** | **70-80 эму/г** | | **Принуждение** | **10-50 мТл** | --- #### **Основные характеристики и применение** **Ключевые характеристики:** - **Гигантская магнитная деформация**: обратимая деформация до 10% под действием магнитных полей - **Быстрый отклик**: возможность срабатывания в масштабе миллисекунды - **Бесконтактное срабатывание**: Обеспечивается управлением магнитным полем - **Высокая рабочая плотность**: ~10⁵ Дж/м³, превосходит пьезоэлектрические материалы - **Эффект двусторонней памяти формы**: Обратим без внешнего напряжения - **Температурно-магнитная связь**: Многофункциональные возможности отклика **Типичные области применения:** - **Системы точного позиционирования**: микропозиционеры, управление оптическим лучом - **Активное регулирование вибрации**: Демпферы для аэрокосмических и автомобильных систем - **Микрофлюидные системы**: Насосы и клапаны для устройств типа «лаборатория-на-чипе» - **Робототехника**: Искусственные мышцы и компактные приводы - **Сбор энергии**: Устройства преобразования вибрации в электричество - **Медицинские устройства**: Миниатюрные хирургические инструменты и имплантаты - **Адаптивные структуры**: Трансформирующиеся крылья, развертываемые структуры --- #### **Производство и выращивание монокристаллов** **Методы выращивания:** - **Метод Бриджмена**: Наиболее распространен для высококачественных монокристаллов - **Метод плавающей зоны**: Для кристаллов высокой чистоты - **Метод Чохральского**: Альтернативный подход **Проблемы обработки:** - **Однородность состава**: Критически важно для стабильных свойств - **Дефекты кристаллов**: Влияет на перегруппировку вариантов и выходную деформацию - **Управление ориентацией**: определенные направления кристаллов оптимизируют производительность - **Качество поверхности**: Важно для практического применения --- #### **Международные стандарты и статус исследований** | Категория | Статус | Примечания | |----------|---------|-------| | **Стандарты ASTM** | **В разработке** | Стандарт ASTM F2004-17 охватывает терминологию | | **Стандарты ISO** | **Фаза исследования** | Конкретных стандартов MSMA пока нет | | **Характеристика материала** | **Хорошо зарекомендовавшийся** | Широко используемые академические протоколы | | **Контроль качества** | **Лабораторный уровень** | Методы университетов и научно-исследовательских институтов | *Примечание: Усилия по стандартизации продолжаются через исследовательские консорциумы и профессиональные организации. --- #### **Сравнение производительности** | Материал | Максимальная нагрузка | Частота | Рабочая плотность | Метод активации | |----------|----------------|-----------|--------------|-------------------| | **Ni-Mn-Ga MSMA** | **5-10%** | **~500 Гц** | **~10⁵ Дж/м³** | **Магнитное поле** | | **Ni-Ti SMA** | **6-8%** | **~10 Гц** | **~10⁶ Дж/м³** | **Температура** | | **Пьезоэлектрический** | **0,1-0,2%** | **~кГц** | **~10⁴ Дж/м³** | **Электрическое поле** | | **Магнитострикционный** | **0,1-0,2%** | **~кГц** | **~10⁴ Дж/м³** | **Магнитное поле** | --- #### **Текущие исследования и разработки** **Основные направления:** - **Оптимизация деформации**: достижение постоянной нагрузки 10+% - **Повышение частоты**: Расширение рабочей полосы пропускания - **Поликристаллическое развитие**: преодоление ограничений монокристаллов - **Композитные материалы**: интеграция с другими функциональными материалами - **Промышленное масштабирование**: переход от лабораторного к коммерческому производству --- #### **Резюме** Монокристалл Ni₅₂�Mn₂�₈.₅Ga₂₁.₅ представляет собой новейшую технологию магнитной памяти формы, предлагая беспрецедентные напряжения, вызванные магнитным полем, которые превосходят традиционные материалы для привода. Несмотря на то, что в настоящее время он в основном используется в научных исследованиях и специализированных приложениях, его уникальное сочетание больших деформаций, быстрого отклика и бесконтактной активации делает его перспективным кандидатом для интеллектуальных систем материалов следующего поколения. Постоянное развитие производственных процессов, усилия по стандартизации и прикладная инженерия продолжают преодолевать разрыв между лабораторной демонстрацией и практическим применением. По мере углубления понимания этих сложных материалов и преодоления производственных проблем, Ni-Mn-Ga MSMA готовы обеспечить революционный прогресс в различных инженерных дисциплинах, особенно в областях, требующих компактных, высокоскоростных и точных срабатываний.

Упаковка Стандартная упаковка: Типичная оптовая упаковка включает в себя паллетированный пластик 5 галлонов/25 кг. ведра, бочки с фиброй и сталью до 1 тонны супермешков в полных контейнерах (FCL) или грузовиках (T/L). Исследуемые и отобранные количества, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в условиях аргона или вакуума. Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки объемом до 3238 галлонов для жидкости на поддонах.