Ni-Mn-Ga pohjaisten MSM-polymeerikomposiittien valmistus ja karakterisointi

The purpose of this thesis was to create a process that could be used to create a Ni-Mn-Ga/polymer composite for active damping applications. The composites were made using a gas atomized magnetic shape memory (MSM) powder in an epoxy matrix. The goal is to create a composite that exhibits the same properties as bulk Ni-Mn-Ga single crystals, but at a lower cost. The Ni-Mn-Ga powder had to be heat treated before it could be used in the composites. Small scale heat treatments were done and powder characterization conducted on to find suitable heat treatment parameters. When the heat treatment process was optimized, it was used to create a larger amount of powder to be used in the composite manufacturing The heat treated powder was then trained, and used in the preparation of the composites. The optimal heat treatment parameters that yielded powder with suitable properties were, 775°C and 24 hours, using a suitable spacer material the prevent sintering. The prepared composites were characterized to find that the Ni-Mn-Ga particles form chains inside the epoxy. With the powders being in contact with each other this gives possibility for magnetic field induced strain to occur inside the composite. Dynamic modulus analysis (DMA) measurements were done on the composites. Tan delta values ranging from 0.3 to 1.1 were observed. Tan delta values of composites increased in comparison with pure epoxy by as much as 160%. The composite manufacturing process was optimized with results obtained from the DMA and the use of the vacuum treatment yielded better damping properties. DMA measurements were also conducted using a magnetic circuit, which lowered the damping properties of the composite. This indicates that the presence of a magnetic field hindered the twin boundary mobility. With the magnetic field affecting the twin boundary mobility, composites made by this method could possible be used in active damping applications.Työn tarkoituksena oli kehittää prosessi, jonka avulla voidaan luoda Ni-Mn-Ga-polymeeri komposiitti, jota voitaisiin käyttää aktiivisissa vaimennussovelluksissa. Komposiittit valmistetaan kaasuatomisoidusta jauheesta ja yhdistetään epoksi matriisiin. Tavoitteena on luoda komposiitti, joka omaa samat ominaisuudet kuin erilliskiteinen Ni-Mn-Ga, mutta alhaisemmilla kustannuksilla. Ni-Mn-Ga jauhe on lämpökäsiteltävä, jotta siitä valmistetuilla komposiiteilla voi olla magneettinen muotomuisti-ilmiö. Jauhetta lämpökäsiteltiin aluksi pienissä erissä lämpökäsittelyprosessin optimoimiseksi. Optimoidun lämpökäsittely prosessin avulla tuotettiin suurempia määriä jauhetta komposiitin valmistusta varten. Lämpökäsittelyn jälkeen jauhe käsiteltiin mekaanisesti muotomuisti-ilmiön esiintuomiseksi ja voimistamiseksi ja siitä valmistettiin komposiitteja. Optimoitu lämpökäsittely suoritettiin 775°C lämpötilassa 24 tunnin ajan. Jauheen sintraantuminen estettiin siihen sopivalla erotusmateriaalilla. Komposiiteille suoritettiin dynaaminen mekaaninen analyysi (DMA) mittaukset, joista saatiin tan delta arvoja 0.3 ja 1.1 väliltä. Komposiittien tan delta arvot parani parhaimmillaan 160% puhtaaseen epoksiin verrattuna. Komposiittien valmistusprosessi optimoitiin DMA:sta saatujen tulosten pohjalta. Mittauksin voitiin todeta vakuumikäsittelyn parantavan komposiittien ominaisuuksia. DMA mittauksia suoritettiin komposiiteille myös magneettikentän kanssa. Magneettipiirin kanssa mitatuille näytteelle saatiin alhaisemmat vaimennusominaisuudet kuin ilman sitä suoritetulle mittaukselle. Tämä osoittaa, että magneettikenttä vaikuttaa kaksosrajojen liikkeeseen. Magneettikentän vaikuttaessa kaksosrajojen liikkeeseen, komposiitteja jotka valmistetaan tämän menetelmän avulla voitaisiin mahdollisesti käyttää aktiivisissa vaimennus sovelluksissa