米乐m6中国官方网站 开发了一种新合金，无论温度如何，都可以在必要时通过施加力来提取热量

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）磁粉冶金研究中心熵材料小组Hiroyuki Nakayama首席研究员、Maya Fujita小组组长、Yoshiaki Kinuchi首席研究员是钛镍类型相变合金，我们开发了一种制造储热材料的方法，该材料可以在过去无法储热和散热的温度范围内工作。通过向该合金施加外力，无论环境温度如何，都可以提取储存的热量。

这项技术的详细信息预计将于 2023 年 3 月 9 日（日本时间）举行的“日本金属学会春季会议”上公布。

为了利用工厂和设备中产生的废热，蓄热材料正在引起人们的关注。特别是，不仅需要储存废热，还需要在需要时提取热量。例如，白天储存的热量可以在夜间气温下降时使用。然而，传统的储热材料如水和石蜡在相变过程中会经历熔化和凝固。潜热使用时，材料一般不吸热或放热，除非周围温度达到一定温度。另外，吸热和放热温度没有太大差异，当达到与储存时相同的温度时就会释放热量，因此还存在一个问题，即通过移动空间和时间可以使用的温度范围受到限制。相反，在固体中相变压力。如果储热材料可以由金属制成，它将比其他储热材料更容易成型并且具有更快的热响应。

AIST 使用 TiNi马氏体合金并开发了其作为蓄热材料的用途。到目前为止，储热材料已经利用了液体和固体之间的相变，例如水和冰。然而，此类相变材料的工作温度很难调整以适应应用，而且吸热和放热之间的温差很小，因此即使在高温下储存热量，也会立即释放出来，无法将其维持在实际需要的低温。另一方面，当TiNi基合金被加热时，其晶体结构在保持固态的同时经历从低温相到高温相的相变。另外，通过施加与人相当的压力（举起几十公斤的物体的力），高温阶段可以转变为低温阶段。相变涉及自发吸热和因潜热而辐射，因此可用于储热。然而，传统的TiNi合金无法提供实际使用所需的大量潜热。而且，无法控制吸热和热辐射之间的温差。

这次，在合金中，其成分被改变以增加其储热能力，合金内部的热辐射和吸热温度残余应力，我们开发了一种可以改变吸热和放热之间温差的材料。因此，当使用传统的固-液相变时，吸热和放热温度几乎没有差异，但在这次开发中，我们开发了一种新合金，可以将差异增加到20°C以上，从而可以在这些温度之间储存热量。此外，通过对所得合金施加数百MPa的拉伸应力（将几十公斤的物体举到直径约1毫米的金属丝上所需的力），他们成功地通过相变散热并提取合金内部的热量。以直径15毫米的合金丝为例，其断面收缩率达到35%以上冷轧并将它们暴露在空气中 400 至 600 摄氏度的温度下 1 小时退火处理我们研究了合金的吸热和放热行为差示扫描量热仪 (DSC)的结果如图1所示。这些结果表明，与未处理的材料相比，加热过程中向高温相转变的结束温度（▲）和冷却过程中向低温相转变的开始温度（▼）发生了变化，并且温差也很大。从峰区计算冷却过程中向低温相转变的热量，为20至24 J/g（所有样品约为130至150 J/cm³)，并且确认了通过热处理将开始向低温相转变的温度调节至20至45摄氏度范围的样品实现了目标蓄热量。

图2中，将工作温度调整后（400℃，热处理1小时）的样品加热至约60℃以蓄热。之后，我们将样品室冷却至低于室温的13摄氏度，并在确认样品温度与室温度匹配后，施加力提取热量并显示结果。当达到120 N的负载（相当于在直径约1毫米的钢丝上提升12至13公斤的物体，即约150 MPa）时，样品的温度从13℃升至22℃。在本实验中，施加力的速率较慢，并且考虑到外部因素（例如拉伸夹具和向环境中逸出的热量），在散热开始时（时间：0秒）样品的温升估计（外推）约为22℃。另外，当将在500℃下热处理1小时的样品加热至80℃时，将样品室降低至42℃，并在样品温度与室温度匹配的环境中进行类似的测试，证实样品温度升高至48℃。此时，通过外推估计样品在散热开始时的温升为38℃。换句话说，我们已经证明，即使在材料温度下降超过20摄氏度的低温环境下，新开发的相变蓄热合金中存储的热量也能被保留，并且可以用很小的力（120 N）有效地提取热量。例如，上述结果将导致能够储存电机的废热，在电动汽车的高峰运行时间加热到高温，然后用很小的力释放储存的热量，将其供应给需要热量的部件，例如在启动电池时，在低温环境下（例如车辆停止时）。

未来，我们将继续优化合金设计和加工热处理，以便调整工作温度以适应用途。此外，我们的目标是将材料加工成线圈和薄板等各种形状，利用其作为蓄热部件的便携性和模块化，以及加工成对应力作用有效的形状的灵活性。

钛镍

一种由于两种过渡金属的结合而表现出马氏体转变的合金。即使在接近生活环境的温度和低应力下也会发生相变。通常称为镍钛诺，它作为形状记忆合金和超弹性合金用于各种零件，利用相变引起的零件形状变化。近年来，人们普遍知道这种相变的潜热很大，其作为储热材料的应用引起了人们的关注。通过改变Ti（钛）和Ni（镍）的比例或添加其他元素，潜热会发生变化，但仅在狭窄的组成范围内才能获得大的潜热。因此，当根据组成调节发生吸热和辐射的相变温度时，潜热减少，使得不可能同时实现蓄热能力和工作温度。而且，即使因应力而发生相变，吸热与发热的温差也很小，因此应力作用的温度范围很窄，难以控制热量的流入和流出。[返回来源]

相变合金

一种发生相变的合金。有关相变的详细信息，请参见下文。[返回来源]

潜热

当温度下降并且水变成冰时，水中的热量被释放。这种热量称为潜热。相反，当冰变成水时，相当于潜热的外部热量被冰吸收。当物质的状态发生变化时，潜热就会进出，而不仅仅是冰水的变化。对于相变合金，潜热流入和流出，同时保持固态。[返回来源]

相变

固体、液体和气体被称为物质的相，相的变化取决于温度等外部环境。当性质差异很大时，例如固体和液体之间，称为“相变”，但维持固体状态的原子排列或电子状态的变化称为相变或相变。特别是，在金属材料中，原子以有序排列（晶格）的方式排列，但该晶格（斜方-立方）的对称性可能会根据温度而改变，不涉及原子置换（扩散）的对称性变化称为马氏体相变。[返回来源]

压力

显示单位面积上施加了多少负载的指数。 MPa是应力的单位，1MPa是指1平方毫米上施加约01kg的重量的状态。[返回来源]

马氏体合金

一种经历称为马氏体相变的相变的合金。在金属材料中，原子的规则排列可能因温度而异。当这种排列发生变化时，原子会立即向某个方向移动，晶体结构会发生变化，但原子的相对位置不会改变。此外，这种相变不仅由于温度而发生，而且还由于应力而发生。[返回来源]

图：马氏体变态示意图。当高温相冷却时，原子同时沿某个方向（在本例中为水平方向）移动，形成低温相。
类似地，如箭头所示施加外力也会产生低温相。

残余应力

当金属受到外部应力时，金属原子会展开，如果它们之间的距离可以恢复（弹性），它们就会回到原来的位置，但如果距离超过这个范围（塑性），就会引入位错等原子阵列缺陷，即使去除外部应力，它们也不会回到原来的位置。这种不可逆的偏差变得与从原始对准状态不断施加扭曲的应力源相同，并且一部分外部应力保留在内部。残余应力是由金属塑性加工、晶界应力集中等引起的。外应力引起的马氏体相变也受残余应力的影响，因此通过调节残余应力，可以控制在某一温度（即转变温度）下发生转变的难易程度。[返回来源]

冷轧

轧制是一种通过将金属板反复穿过两个旋转辊之间来逐渐减薄金属板的加工方法。这种在室温下进行的轧制称为冷轧。[返回参考源]

退火处理（加工热处理）

通过在适当的温度下加热具有残余应力的金属材料来降低残余应力。温度根据金属类型而变化。这次，温度在400℃到600℃之间。[返回来源]

差示扫描量热仪 (DSC)

同时加热样品和未发生相变的参考材料，并根据两者之间的温差测量发生相变时样品中发生的温度变化的装置。热量可以从相变的开始和结束温度以及峰面积来测量。[返回来源]