stringtranslate.com

Псевдоэластичность

Псевдоупругость , иногда называемая сверхупругостью , представляет собой упругую (обратимую) реакцию на приложенное напряжение , вызванную фазовым превращением между аустенитной и мартенситной фазами кристалла. Она проявляется в сплавах с эффектом памяти формы .

Обзор

Псевдоупругость возникает из-за обратимого движения границ доменов во время фазового превращения, а не просто растяжения связей или введения дефектов в кристаллическую решетку (таким образом, это не настоящая суперэластичность, а скорее псевдоупругость). Даже если границы доменов действительно закрепляются, они могут быть обращены вспять при нагревании. Таким образом, псевдоупругий материал может вернуться к своей предыдущей форме (следовательно, к памяти формы ) после снятия даже относительно высоких приложенных деформаций. Один особый случай псевдоупругости называется соответствием Бейна. Он включает фазовое превращение аустенита/мартенсита между гранецентрированной кристаллической решеткой (ГЦК) и объемноцентрированной тетрагональной кристаллической структурой (ОЦТ). [1]

Сверхэластичные сплавы относятся к более крупному семейству сплавов с эффектом памяти формы . При механической нагрузке сверхэластичный сплав обратимо деформируется до очень высоких напряжений (до 10%), создавая фазу, вызванную напряжением. Когда нагрузка снимается, новая фаза становится нестабильной, и материал восстанавливает свою первоначальную форму. В отличие от сплавов с эффектом памяти формы, для восстановления исходной формы сплаву не требуется изменения температуры.

Сверхэластичные устройства используют преимущество своей большой обратимой деформации и включают антенны , оправы для очков и биомедицинские стенты .

Никель-титан (нитинол) является примером сплава, проявляющего сверхэластичность.

Эффект размера

В последнее время интерес к открытию материалов, проявляющих сверхэластичность в наномасштабе для применения в МЭМС (микроэлектромеханических системах). Возможность контролировать мартенситное фазовое превращение уже была описана. [2] Но было замечено, что поведение сверхэластичности имеет размерные эффекты в наномасштабе.

Качественно говоря, сверхэластичность — это обратимая деформация путем фазового превращения. Поэтому она конкурирует с необратимой пластической деформацией путем движения дислокаций. В наномасштабе плотность дислокаций и возможные места источника Франка-Рида значительно уменьшаются, поэтому предел текучести увеличивается с уменьшением размера. Поэтому для материалов, демонстрирующих сверхэластичность в наномасштабе, было обнаружено, что они могут работать в длительном циклировании с небольшой пагубной эволюцией. [3] С другой стороны, критическое напряжение для возникновения мартенситного фазового превращения также увеличивается из-за уменьшения возможных мест для начала зародышеобразования . Зародышеобразование обычно начинается вблизи дислокации или на поверхностных дефектах. Но для наномасштабных материалов плотность дислокаций значительно уменьшается, а поверхность обычно атомарно гладкая. Поэтому фазовое превращение наномасштабных материалов, демонстрирующих сверхэластичность, обычно оказывается однородным, что приводит к гораздо более высокому критическому напряжению. [4] В частности, для циркония, где он имеет три фазы, было обнаружено, что конкуренция между фазовым превращением и пластической деформацией зависит от ориентации, [5] указывая на зависимость от ориентации энергии активации дислокации и зародышеобразования. Поэтому для наноразмерных материалов, подходящих для сверхэластичности, следует исследовать оптимизированную кристаллическую ориентацию и шероховатость поверхности для наиболее улучшенного эффекта сверхэластичности.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Bhadeshia, HKDH "The Bain Correspondence" (PDF) . Материаловедение и металлургия . Кембриджский университет.
  2. ^ Торстен Кренке и др. (2007). «Магнитная суперупругость и обратный магнитокалорический эффект в Ni-Mn-In». Physical Review B. 75 ( 10): 104414. arXiv : 0704.1243 . Bibcode : 2007PhRvB..75j4414K. doi : 10.1103/PhysRevB.75.104414. S2CID  29563170.
  3. ^ J. San Juan; et al. (2014). «Длительное сверхупругое циклирование в наномасштабе в микростолбиках из сплава с памятью формы Cu-Al-Ni». Applied Physics Letters . 104 (1). AIP: 011901. Bibcode : 2014ApPhL.104a1901S. doi : 10.1063/1.4860951.
  4. ^ J. San Juan; et al. (2013). «сверхэластичность и память формы в наномасштабе: размерные эффекты мартенситного превращения». Журнал сплавов и соединений . 577. Elsevier: S25–S29. doi :10.1016/j.jallcom.2011.10.110.
  5. ^ Нин Чжан и др. (2016). «Конкурирующие механизмы между дислокацией и фазовым превращением при пластической деформации монокристаллических тетрагональных наностолбиков оксида циркония, стабилизированных иттрием». Acta Materialia . 120 : 337–347. arXiv : 1607.03141 . Bibcode : 2016AcMat.120..337Z. doi : 10.1016/j.actamat.2016.08.075. S2CID  118512427.

Внешние ссылки