彈熱制冷是新型固態(tài)制冷技術(shù),與傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷工質(zhì)相比,鎳鈦形狀記憶合金等彈熱制冷工質(zhì)無任何溫室氣體效應,且彈熱效應能量密度顯著。目前,彈熱工質(zhì)的疲勞壽命是制約其工程應用的首要因素,彈熱工質(zhì)、彈熱制冷機的效率也有待提高。
聚焦提升效率和疲勞壽命這兩個關(guān)鍵問題,錢蘇昕團隊和美國馬里蘭大學、阿姆斯實驗室、科羅拉多礦業(yè)大學、愛荷華州立大學等機構(gòu)的研究人員合作,使用粉末激光定向能量沉積技術(shù),制備出具有納米復合結(jié)構(gòu)的鎳鈦合金材料,可直接成型柱狀、管狀、蜂窩狀等可應用于彈熱制冷回熱器的結(jié)構(gòu)。
與傳統(tǒng)熔鑄工藝形狀記憶合金不同,增材制造的鎳鈦合金具有準線性應力—應變響應、與加載速率無關(guān)的回滯特性以及顯著降低的相變回滯。研究人員發(fā)現(xiàn),納米尺度Ni3Ti和NiTi晶界產(chǎn)生的界面錯位,可以成為相變過程的成核點,有效降低需要克服的勢壘,并減小相界面的摩擦損耗。上述特性可以改善疲勞壽命,使得彈熱效應在百萬次加卸載循環(huán)后仍無明顯變化。
在認為卸載功可完全回收的情況下,以GB/T7725空調(diào)標準工況為例,增材制造鎳鈦合金樣品的熱力完善度達60%,是傳統(tǒng)熔鑄鎳鈦合金材料熱力完善度的近4倍。
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