快速定向凝固新型铁基巨磁致伸缩合金晶体的制备及性能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51331001
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0102.金属材料制备与加工
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Magnetostrictive alloys possess important potential applications in aeronautics and astronautics, energy safety and national defense, etc. The rare earth giant magnetostrictive alloys exhibit magnetostriction up to 1800 ppm. But due to the content of rare earth over 60%, the rare earth giant magnetostrictive alloys are too expensive to be used. The recently reported low-cost rare-earth-free FeGa magnetostrictive alloys exhibit the magnetostriction of just 300 ppm. The improvement of the magnetostriction of rare-earth-free (or slight amount of rare earth) magnetostrictive alloys encounters theoretical and technical bottlenecks.. . More recently, we have found that the magnetostriction of FeGa alloys could be improved up to 1900 ppm by the adding slight amount of strong magnetocrystalline anisotropic rare earth elements and by achieving non-equilibrium microstructure with supersaturation of rare earth elements through melt spinning technique. Therefore, the slightly rare earth doped FeGa alloys are expected as advanced iron-based giant magnetostrictive alloys. However, the miecroscopic mechanism of the enhancement of the magnetostriction caused by the slight addition of rare elements keeps unclear. One the orther hand, only two-dimensional ribbons can be produced by the melt spinning technique, with low degree of preferential orientation. In order to obtain three-dimensional crystals of the advanced iron-based giant magnetostrictive alloys, it is required to simultaneously realize the super saturation of rare earth elements and the crystal growth along the direction of the optimal magnetostrictive properties. So, the development of rapid directional solidification (Rapid DS) is of crucial importance.. . This project mainly investigates the rapid directional solidification technique and the control of metastable phase, preferential orientation and microstructure of advanced magnetoelastic materials. The solidification behavior of advanced magnetoelastic materials in the conditions of rapid directional solidification would be revealed. The formation of metastable phase, preferential orientation and the evolution of microstructure, and the corresponding mechanism, would be classified. The microscopic mechanis of the enhancement of the magnetostriction caused by the slight addition of rare elements would be clarified. Then advanced magnetoelastic metallic crystals with large magnetostrain properties would be prepared. Rapid directional solidification technique and theories would be developed.
磁致伸缩合金在航空航天、石油增采和国防建设等领域有重要应用前景。稀土巨磁致伸缩合金性能高(1800ppm),但稀土含量逾60%,成本极高,应用受限。近期报道低成本非稀土FeGa合金性能约300ppm。非稀土(少稀土)磁致伸缩合金高性能化遭遇原理和方法瓶颈。. 我们前期探索发现,在FeGa中添加微量(≤0.2%)强磁晶各向异性稀土元素,并通过快速凝固甩带获得过饱和固溶非平衡组织,性能高达1900ppm,有望成为新型铁基巨磁致伸缩合金。但快速凝固甩带仅获得二维薄带,且择优取向度低。高性能三维晶体制备需同步实现稀土过饱和固溶和沿性能最优方向生长,发展快速定向凝固至关重要。. 本项目重点研究新型铁基巨磁致伸缩合金快速定向凝固方法和晶体定向生长,确定其快速定向凝固行为,阐明亚稳相、择优取向和微结构演变规律及机制,阐明微量4f稀土元素FeGa合金磁致伸缩应变增强作用的物理机制,制备出高性能新型铁基巨磁致伸缩合金晶体,发展快速定向凝固理论与技术。

结项摘要

磁致伸缩合金在航空航天、石油增采和国防建设等领域有重要应用前景。稀土巨磁致伸缩合金性能高,但力学性能差,且成本高。新型FeGa合金力学性能好,成本低,极具发展前景,但磁致伸缩性能还较低。本项目在铁基磁致伸缩合金的功能新原理、材料新体系和制备新技术等方面取得如下研究成果:.1.发现了FeGa合金体心立方结构A2基体相中,存在modified DO3四方结构的高度共格纳米异质相,证明了FeGa合金磁致伸缩效应源于纳米相诱导的A2基体四方畸变,由此确定了FeGa合金大磁致伸缩效应的结构起源,揭示了“纳米异质结构”磁致伸缩效应新机理。.2.基于“纳米异质结构”磁致伸缩效应新机理,提出了微量固溶稀土大原子进一步增强FeGa合金磁致伸缩效应的的学术思路。采用快速凝固甩带方法(凝固速度为10的5-6次方K/s),通过强制固溶微量稀土原子与纳米相交互作用,引发基体晶格更大四方畸变,获得了超过1800ppm的巨磁致伸缩性能,比FeGa合金提高了5倍。.3.发展了快速定向凝固新方法,凝固速度在10的2次方K/s至10的4次方K/s范围内连续可调,采用微量(0.05%)Tb元素固溶的Fe基合金为对象,制备了铁基晶体材料,同步实现了微量稀土元素固溶和晶体沿<001>取向择优生长,获得了400ppm的磁致伸缩性能,比FeGa晶体(300ppm)提高30%。.在Adv Funct Mater、Acta Mater等知名学术期刊发表SCI论文32篇,授权国家发明专利4项。“新型磁弹性材料的功能调控、晶体生长及大磁致应变特性研究”获2017年度国家自然科学二等奖。蒋成保教授入选2014年度中组部领军人才计划。在第一届国际智能材料大会(WCSM-2015,韩国釜山)等学术会议上做特邀报告10余次。培养博士生4人,硕士生6人,博士生贺杨堃获校级优秀博士论文。

项目成果

期刊论文数量(32)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Tb solid solution and enhanced magnetostriction in Fe83Ga17 alloys
Fe83Ga17 合金中 Tb 固溶体和增强磁致伸缩
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2014.09.151
  • 发表时间:
    2015-02
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wei Wu;Jinghua Liu;Chengbao Jiang
  • 通讯作者:
    Chengbao Jiang
Influence of annealing temperatures on the magnetostructural transition and magnetocaloric effect of Ni40Co10Mn40Sn10 powders
退火温度对Ni40Co10Mn40Sn10粉末磁结构转变和磁热效应的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2016.08.253
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wang Xinlei;Sun Fang;Wang Jingmin;Yu Qian;Wu Yuye;Hua Hui;Jiang Chengbao
  • 通讯作者:
    Jiang Chengbao
Frequency Dependence of Loss Behavior in Bonded Anisotropic Giant Magnetostrictive Materials
粘合各向异性超磁致伸缩材料中损耗行为的频率依赖性
  • DOI:
    10.1109/tmag.2014.2314282
  • 发表时间:
    2014-03
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Magnetics
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Hao Meng;Tianli Zhang;Chengbao Jiang
  • 通讯作者:
    Chengbao Jiang
Improved magneostriction and mechanical properties in dual-phase FeGa single crystal
改善双相 FeGa 单晶的磁致伸缩和机械性能
  • DOI:
    10.1080/21663831.2018.1451403
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Materials Research Letters
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Wu Yuye;Fang Lei;Meng Chongzheng;Chen Yijun;Wang Jingmin;Liu Jinghua;Zhang Tianli;Jiang Chengbao
  • 通讯作者:
    Jiang Chengbao
Large room-temperature elastocaloric effect of Ni57Mn18Ga21In4 alloy undergoing a magnetostructural coupling transition
Ni57Mn18Ga21In4合金磁结构耦合转变的大室温弹热效应
  • DOI:
    10.1016/j.scriptamat.2016.11.024
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Scripta Materialia
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Jingmin Wang;Qian Yu;Kangyi Xu;Chi Zhang;Yuye Wu;Chengao Jiang
  • 通讯作者:
    Chengao Jiang

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其他文献

350℃中温段SmCo永磁材料的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨雷
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    金属学报
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    蒋成保
巨磁致伸缩材料作动器及其谐振频率研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐惠彬;彭剑;蒋成保;张天丽
  • 通讯作者:
    张天丽

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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