Beğen veya beğenme? Üç boyutlu deneyler, şekil hafızalı alaşımların incelenmesi için yeni ipuçları sağlıyor!
Brocade Park: Bu makale malzeme bilimi içindir
Şekil hafızalı alaşımlar mükemmel özellikleriyle bilinir - süper elastikiyet, şekil hafızası ve çalıştırma, bir top halinde buruşturulmalarını ve ardından orijinal "hafıza" şekline geri dönmelerini sağlar. Ancak bu gelişmiş malzeme, ticari uygulamalarda hala yeterince kullanılmamaktadır ve kullanımları, uçuş verimliliğini artırmak için uçak yapılarının şeklini değiştirmeyi veya uzaya iletişim antenleri ve güneş panelleri yerleştirmeyi içerebilir. Colorado Maden Okulu'ndaki araştırmacılar, karmaşık iç mikro yapılarının şekil belleği davranışında nasıl değiştiğini daha iyi anlamaya çalışıyorlar. Bu türden ilk deneysel sonuçları yakın zamanda üç büyük malzeme bilimi ve mekanik dergisinde yayınlandı: "Acta Crystallography" "," Katı Mekaniği ve Fiziği Dergisi "ve" Malzeme Mektupları ". Şekil hafızalı alaşımlar (SMA'lar) 70 yıldan daha uzun bir süre önce keşfedildi ve umutları Amerika Birleşik Devletleri'nde 10.000'den fazla ve dünya çapında 20.000'den fazla patent elde etti.
Brocade Park'ın resmi web sitesine hoş geldiniz: Brocade Bahçesi
Boko Park-Science Popularization: Bu üç makalenin ilk yazarı, şu anda Minnesota Üniversitesi'nde (Minnesota Üniversitesi) doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Ashley Bucsek şunları söyledi: Ancak bu, teknolojik etkisiyle eşleşmiyor - bu 210.000 SMA patenti arasında, ticari olarak uygun ürünler olarak yalnızca sınırlı sayıda patent gerçekleştirilebilir Durum diğer birçok gelişmiş malzeme için benzerdir ve geliştirmeden uygulamaya kadar onlarca yıl alır. Geliştirme ve uygulama arasındaki bu boşluğun bir nedeni, araştırmacıların aslında sadece geleneksel mikroskopi teknikleriyle yüzeyi çizmeleri ve SMA'lardaki mikroskobik mekanizmaların çoğunun üç boyutlu, düzlem dışı ve içsel sistemle sınırlı olmasıdır. hassas. Bu boşluğu doldurmak için Bucsek ve meslektaşları, Upstate New York'taki Cornell Üniversitesi'ndeki Cornell Yüksek Enerji Senkrotronunda bulunan bugün mevcut en güçlü 3D mikroskopların altına Nitinol'u (en yaygın kullanılan ve mevcut sma) yerleştirdiler. Kaynak (SATRANÇ).
- Nikel-titanyum numunesi üzerinde mekanik bir test gerçekleştirildi ve numunenin dahili mikro yapısının gelişimi ölçüldü Renk, kristalin yönüne karşılık gelir ve bu yönler, parçacıklar veya kristaller halinde toplanır. Resim: Colorado Maden Okulu
Spesifik olarak, üç boyutlu x-ışını kırınım teknolojisi şemsiyesi altında bulunan ve tepkisi gerçek zamanlıyken malzemenin iç mikro yapısını üç boyutlu görselleştirmesini sağlayan yakın alan ve uzak alan yüksek enerjili kırınım mikroskobu (HEDM) kullanılır. HEDM, uluslararası ve diğer senkrotronlar alanında on yıldan fazla bir süredir geliştirilmiş olmasına rağmen, HEDM'yi düşük simetri faz karışımı ve büyük kristal boyutu farklılıklarına sahip gelişmiş malzemeleri incelemek için uygulama süreci temelde mevcut değildir. Bu nedenle, bu üç deneyin hepsinin gerekli bilgileri elde etmek için yeni deneyler, veri analizi ve veri görselleştirme teknikleri geliştirmesi gerekir. Sonuçların çoğu şaşırtıcıdır ve SMA mikromekanik tartışmalarının alanlarını onlarca yıldır ortaya koymaktadır. SMA'larda, yüksek simetriye sahip "ostenit" fazı genellikle daha yüksek sıcaklıklarda stabildir, ancak yeterli gerilim uygulanırsa veya sıcaklık düşürülürse, düşük simetri ile "martensite" dönüşecektir. evre.
İlk makale "Stres kaynaklı martensit mikroyapısını ölçmek için uzak alan yüksek enerjili kırınım mikroskobunu kullanma", martensitin spesifik değişikliklerini tahmin etmeyi amaçlayan "Acta Crystallographica Series A: Basics and Progress" te yayınlandı. Bu yöntemi kullanarak, SMA'ların içindeki martensit mikroyapısının, maksimum deformasyon çalışma standardı tahminini ciddi şekilde ihlal ettiği bulundu; bu, mühendislik sınıfı mikro yapı özelliklerine ve kusurlarına sahip olabilecek SMA'lar için, yaygın olarak kabul edilen maksimum deformasyon çalışmasının değiştirilmesi gerektiğini gösterir. Standart uygulama. İkinci deney, tersine çevrilebilir bir deformasyon mekanizması olan yüke bağlı ikizleme yeniden düzenlemesini veya martensit yeniden yönlendirmeyi inceler.Bu mekanizma sayesinde malzeme, büyük yüklere ve deformasyonlara maruz kalmadan dayanabilir. Kristal ikizlerin yeniden düzenlenmesinde hasar. Makroskopik deformasyon bölgesinde, mikro yapı boyunca yayıldıklarında, bir dizi spesifik ikiz yeniden düzenleme mikroskobik mekanizma meydana gelecektir.
Çalışmalar, bu bantlarda gerinim konumlandırmasının, elastik gerilme, analitik kayma gerilmesi ve ikiz yeniden düzenlemenin maksimize edilmesi için büyük önem taşıyan 15 dereceye kadar kafes bükülmesine yol açtığını göstermiştir. Bu bulgular, gelecekteki araştırmacılara yeni çoklu demir teknolojilerinde ikiz yeniden düzenlemeleri kullanma konusunda rehberlik edecektir. Katı hal sürücüleri, birçok nano-elektromekanik ve mikroelektromekanik sistemde, biyotıp, aktif sönümleme ve havacılık sürücü sistemlerinde kullanılan SMA'ların en önemli uygulamalarından biridir. Son deneyin amacı, SMA'ların etkisi altında östenit taneleri içinde özel bir geniş açılı tane sınırı fenomenine sahip olmaktır. Sürme sürecinde, sabit yük altında, SMA'nın ısıtılması, soğutulması ve yeniden ısıtılmasıyla ostenitten martensite ve ardından ostenite dönüşmesi indüklenir. Bir elektron mikroskobu ile, örnek yeniden ısıtıldığında östenitin büyük ölçüde döneceği gözlemlenir, bu da iş çıktısına ve yorgunluğa zararlıdır.
Bununla birlikte, elektron mikroskobunun gerektirdiği küçük örnek boyutu nedeniyle, bu rotasyonların çok tutarsız olduğu, aynı yük koşullarında ortaya çıktıkları ancak daha sonra ortaya çıkmadıkları veya birkaç döngüden sonra ortaya çıktıkları ancak birkaç bin döngüden sonra ortaya çıkmadıkları gözlemlendi. Görünüşe göre araştırma sonuçları, ılımlı koşullar altında bu tahılların dönüşünün gerçekleşmesinin yalnızca bir döngü sürdüğünü gösteriyor. Ancak düşük dönme hacmi ve tekdüze olmayan dağılım nedeniyle, bunları gözlemlemek için bir hacme ihtiyaç vardır. Baxek'in araştırma fonu, Ulusal Bilim Vakfı (NSF) lisansüstü araştırma bursundan ve doktora danışmanı ve ortak yazarı, madencilik makine mühendisliği doçenti Aaron Stebner, NSF kariyer ödülü Aaron Stebner'den geliyor. Verileri analiz etmek için yüksek performanslı bilgisayarları kullanmak için gereken ek finansman NSF XSEDE projesinden geliyor. Bu makalelerde Dr. Baxek tarafından kaydedilen tez çalışması, malzemelerin 3 boyutlu yapısını incelemek için 3B teknolojisinin kullanılmasının çok önemli olduğunu göstermektedir.
Bu, 50 yıldan fazla bir süredir öne sürülen ve tartışılan mekanizmayı ilk kez gözlemleyip anlayabiliyor. Çoğu teknoloji gibi, yeni materyalleri benimsemenin önündeki en büyük engel bilinmeyen korkusudur. Bu anlayış, kuşkusuz bu büyülü malzemelerin daha yaygın kabul görmesine ve uygulanmasına yol açacaktır, çünkü sertifikasyon ve nitelikli malzemelerin geliştirilmesine olan güvenimizi artırmaktadır. Ulusal Bilim Vakfı ayrıca X-ışını mikroskobu ölçümleri için Cornell'in yüksek enerjili senkrotron kaynağının çalışmasını sağladı. Bilim adamı Darren Pagan şunları söyledi: Dr. Baxek, tez çalışmasında HEDM yöntemini veri işleme ve yorumlama ile ilgili verilerin üstesinden gelmek için şekil hafızalı alaşım sistemleri çalışmasına uygulamak için yeni ve yaratıcı bir yöntem geliştirdi. Meydan okuma yeteneği, insanlara şekil hafızalı alaşım deformasyonunun mikromekaniği hakkında yeni bilgiler verdi!
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Colorado Maden Okulu
Referans dergi makaleleri: "Materials Letters", "Journal of Solid Mechanics and Physics", "Journal of Crystallography"
DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2018.11.043
DOI: 10.1016 / j.jmps.2018.12.003
DOI: 10.1107 / S205327331800880X
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
