Ductilitatea și proprietățile memoriei de formă ale aliajelor Ni-Mn-Ga-Cu Heusler
Jul 21, 2023
Aliajele Ni–Mn–Ga Heusler au fost investigate pe scară largă în ultimele câteva decenii ca material potențial pentru dispozitivele de acționare și senzori.[1–4] Acest aliaj prezintă efectul de memorie a formei (SME) asociat cu transformarea martensitică, supraelasticitatea, și deformarea indusă de câmp magnetic (MFIS).[5–10] În aliajele stoichiometrice Ni–Mn–Ga, s-au găsit trei tipuri de structuri cristaline, adică: cinci straturi (10M), șapte straturi (14M). ), și martensita nemodulată (2M).[11,12] Multe aplicații de inginerie necesită aliaje cu memorie de formă care funcționează la temperaturi mai mari de 390 K. Este bine cunoscut faptul că în aceste aliaje, temperatura de transformare martensitică (MT) este foarte sensibil la modificări chimice.
Beneficiile cistanche tubulosa-Anti boala Alzheimer
[13–16] Mai multe lucrări au arătat că o temperatură MT ridicată poate fi observată în aliajele stoichiometrice de Ni2MnGa cu conținut de Ni sau Mn îmbogățit, arătându-și potențialul ca aliaje cu memorie de formă la temperatură înaltă (HTSMA).[17,18] De asemenea, adăugarea unui al patrulea element, cum ar fi Cu sau Fe, la sistemul ternar poate duce la o creștere substanțială a temperaturii MT.[19–21] Celălalt dezavantaj pentru aplicațiile practice ale aliajelor Ni-Mn-Ga este fragilitatea și fragilitatea acestora. rezistență scăzută.
Astfel, îmbunătățirea proprietăților mecanice a devenit o prioritate în dezvoltarea acestor materiale. Investigații recente au arătat că ductilitatea aliajelor policristaline Ni–Mn–Ga poate fi îmbunătățită eficient prin formarea fazei c ductile.[22,23] În această lucrare, influența adăugărilor de Cu în loc de Ga asupra ductilității și SME a au fost investigate aliajele cuaternare Ni50Mn25Ga25 xCux. Aliajele policristaline cu compoziție nominală Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 până la 10 la pct) au fost preparate în atmosferă protectoare cu argon prin metoda topirii cu arc. Puritatea nichelului, manganului, galiului și cuprului a fost de 99,95, 99,95, 99,99 și, respectiv, 99,999%. Fiecare lingot în formă de nasture de aproximativ 8 g a fost topit din nou de patru ori pentru a asigura o omogenitate bună. De asemenea, s-au adăugat încă 5% în greutate de Mn pentru a compensa pierderile prin evaporare. După aceea, lingourile au fost sigilate în fiole de cuarț în vid și recoapte la 1173 K timp de 48 de ore și apoi cuptorul s-a răcit la temperatura ambiantă.
Desert living cistanche-Anti boala Alzheimer
【Cereți mai multe】 E-mail:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692
Datorită conținutului fix de Ni și Mn și adăugării tot mai mari de Cu în loc de Ga, probele au fost denumite în continuare Cu1, Cu2 și așa mai departe. Structura de fază a fost identificată la temperatura camerei prin analiza de difracție de raze X (XRD) folosind un Bruker D8-Discover cu radiație CoKa. Observațiile microstructurale au fost efectuate prin microscopie electronică cu scanare (SEM) (Philips XL30). Fracția de volum a fazei c și a martensitei au fost calculate din trei imagini SEM luate în modul de electroni retroîmprăștiați (BSE) la o mărire de 10{00 și apoi procesate folosind programul ImageJ. Proprietățile mecanice și SME au fost măsurate la temperatura camerei prin teste de compresie uniaxiale cu o rată de deformare de 10 3 s 1 folosind o mașină Instron 5566. Probele dreptunghiulare cu un raport înălțime-lățime de 3/2 pentru testele de compresie au fost tăiate din material în vrac utilizând prelucrarea cu descărcare electrică. Lungimile probei au fost măsurate înainte de încărcare (l0), după descărcare (l1) și după încălzire la o temperatură cu 100 K peste temperatura de finisare a austenitei (Af) timp de 15 min (l2) folosind un micrometru cu o precizie de 0,001 mm. . Deformarea permanentă după descărcare (ep) și tulpina recuperată datorată SME (eSME) au fost calculate ca ep ¼ ln l0 l1 100pct și, respectiv, eSME ¼ ln l2 l1 100pct. Ratele recuperabile au fost calculate ca R ¼ eSME ep. Mai mult, din curbele stres-deformare, tensiunile de înfrățire (RTW) au fost specificate prin măsurarea nivelului de stres la jumătate din deformarea ep. Tehnica de difracție cu raze X a fost folosită pentru a determina tipul de structură cristalină la temperatura camerei. Tipul de evoluție a structurii cristaline și parametrii rețelei corespunzători sunt colectați în Tabelul I.
Supliment Cistanche lângă mine-Îmbunătățirea memoriei
În prima probă (Cu1), vârfurile majore au fost indexate ca cele ale structurii cubice L21 (fază de austenită părinte) cu parametrii rețelei de=5.8282 A˚. Când conținutul de Cu crește la 2%, au fost detectate câteva noi vârfuri din a doua fază. Datorită intensității lor slabe, numai parametrii rețelei ai fazei de austenită părinte au putut fi calculați ca=5.8346 A˚. În proba ulterioară (Cu2.75), a apărut o structură de martensită pură de 10 M. La alierea ulterioară, a fost detectată o altă transformare, la așa-numita fază de martensită nemodulată, care a fost observată în probe de la Cu4 la Cu8. Este bine cunoscut faptul că modificările chimice introduc modificări în tetragonalitatea celulei unitare de martensită. În acest caz, parametrul rețelei „a” scade de la 5,4857 la 5,3840 A˚, iar „c” crește de la 6,5327 la 6,7241 A˚ pentru Cu4 și, respectiv, Cu8 (Figura 1), menținând volumul constant. Probele cu cea mai mare cantitate de adiție de Cu prezintă vârfuri de difracție suplimentare în afară de vârfurile care provin doar din faza martensită. Noua fază a fost confirmată a fi faza c cu o structură cubică centrată pe față.[18] Pentru a evalua influența substituției Ga cu Cu asupra proprietăților mecanice și SME, au fost efectuate teste de compresie la temperatura camerei. Curbele reprezentative tensiune-deformare sunt prezentate în Figura 2(a). Curba de compresie a Ni50Mn25Ga24Cu1 a arătat caracterul superelastic cu transformare martensitică directă și inversă.[24] Tensiunea necesară pentru ca faza de austenită părinte să sufere transformarea martensitică indusă de stres a fost calculată la aproximativ 250 MPa. Curba stres-deformare a Ni50Mn25Ga23Cu2 prezintă unele fluctuații. Datorită caracterului mixt al microstructurii acestei probe, primul platou ar putea fi asociat cu deformarea martensitei, în timp ce al doilea ar reprezenta transformarea austenită în martensită. În acest caz particular, tensiunea de 60MPa măsurată la jumătate de deformare permanentă (ep) corespunde transformării austenite fifi martensite-mamă (A fifi M). Curbele efort-deformare ale probelor de la Cu2.75 la Cu10 constau din trei etape asociate cu deformarea elastică a multivariatei, reorientarea variantelor martensitice și/sau dezbinarea și deformarea elastică și plastică a martensitelor complet reorientate. Figura 2(b) arată valorile tensiunii de înfrățire care cresc atunci când crește și cantitatea de Cu. În plus, înlocuirea lui Ga cu Cu aduce o îmbunătățire semnificativă a ductilității la temperatura camerei a aliajelor Ni–Mn–Ga–Cu, ceea ce este important în cazul potențialelor aplicații (Figura 3(a)). Mai mult, în aliajele care au prezentat un tip de structură cristalină la temperatura camerei, și anume martensita 2M (adică de la Cu4 la Cu8), s-a observat un comportament liniar în îmbunătățirea ductilității la creșterea concentrației de Cu. Apariția celei de-a doua faze în probele cu cea mai mare cantitate de Cu în loc de Ga aduce o creștere semnificativă a deformarii ep. Pentru a obține comportamentul memoriei formei, după testele de compresie, probele au fost încălzite, iar apoi tulpina lor de recuperare, valoarea medie a tulpinii de recuperare și rapoartele de recuperare au fost măsurate și reprezentate grafic în Figura 3(b). Deformarea maximă recuperabilă între faza de austenită părinte și martensită este determinată de mărimea forfeinței necesare pentru a trece de la o structură la alta. Mai mult, valorile teoretice ale deformarii reversibile realizabile sunt mai mici pentru structurile martensitice modulate decât pentru structurile cristaline nemodulate. Acesta este motivul pentru care observăm valori mai mici ale SME-ului probelor cu o cantitate mică de adaos de Cu (până la Cu2,75), unde predomină structura modulată. Tulpina recuperabilă a crescut împreună cu creșterea conținutului de Cu pentru probele în care faza unică de martensită 2M a fost observată la temperatura camerei.
Efectele bolii Cistanche-Anti Alzheimer
Mai mult, tetragonalitatea celulei unitare de martensită (a se vedea raportul c/a din Tabelul 1) crește, de asemenea, la aliere. Când raportul c/a al celulei unitare de martensită se abate mai mult de la 1, tulpina de transformare crește. Un raport c/a ridicat semnifică o distorsiune mai mare din faza cubică de austenită părinte și, astfel, un SME mai mare cu creșterea adaosului de Cu poate fi observat în aliajele Ni-Mn-Ga-Cu. În plus, aliajul Ni50Mn25Ga17Cu8 după încălzire prezintă o tensiune complet recuperabilă. În plus, valoarea SME de 7% observată în acest aliaj policristalin este mai mare decât valorile raportate anterior în sistemul ternar Ni-Mn-Ga, chiar și pentru monocristalele.[18,25] Multe aplicații de inginerie au nevoie de aliaje cu memorie de formă pentru a funcționa la temperaturi mai ridicate (adică mai mari de 473 K), ca răspuns la cererea din diferitele domenii înalt tehnologice, cum ar fi industria auto sau aerospațială. În prezent, au fost investigate mai multe sisteme de aliaje, cum ar fi FeMnSi-, CuAlNi-, NiMn-, NiAl-, Ti(Pt, Pd, Au,)- și bazate pe NiTi[26,27], dar până acum mai multe probleme (de exemplu, stabilizarea martensitei, instabilitatea termică și termomecanică) au rămas nerezolvate în aceste aliaje. În munca noastră anterioară,[19] am raportat că cantitatea tot mai mare de Cu în loc de Ga crește și temperatura MT până la 720 K pentru proba de Cu8 (Figura 4), făcând din acest aliaj un candidat promițător pentru aplicare industrială ca HTSMA.
Superman ierburi cistanche--Anti boala Alzheimer
Din păcate, alierea ulterioară promovează formarea așa-numitei faze c care duce la o reducere a deformarii recuperabile. În plus, a fost observată o ușoară scădere a temperaturii de începere a transformării martensitice cu 15 K în probele cu dublă fază. Acest efect poate fi o consecință a tensiunilor interne suplimentare generate de incompatibilitatea rețelei dintre cele două faze. Efectul negativ al fazei c asupra recuperării formei aliajului Cu10 este mai remarcabil decât în cazul aliajului Cu9. Fracțiile de volum ale fazei c au fost măsurate ca fiind de aproximativ 12 și 24% pentru Cu9 și, respectiv, Cu10. Contribuția fazei c a determinat o îmbunătățire a ductilității materialului. Cu toate acestea, scade drastic și IMM-ul în sine. Ratele recuperabile au arătat un comportament similar cu tulpina recuperabilă în timpul înlocuirii Ga cu Cu. Valoarea scăzută destul de neașteptată a lui R pentru Ni50Mn25Ga22.25Cu2.75 poate fi cauzată de discontinuități ale suprafeței care au fost observate după testul de compresie. Structurile modulate (10M, 14M) ale aliajelor Ni-Mn-Ga sunt mai fragile decât cele nemodulate, ceea ce ar putea fi motivul pentru valoarea scăzută a SME și R în acest caz particular. Pe baza rezultatelor experimentale se poate trage următoarea concluzie: Înlocuirea lui Ga cu Cu introduce modificări în tipul structurii cristaline și tetragonalitatea celulei unitare, care crește odată cu creșterea adăugării Cu. Ductilitatea la temperatura camerei a aliajelor Ni-Mn-Ga-Cu poate fi mult îmbunătățită prin adăugarea de Cu și formarea fazei c. Cu toate acestea, introducerea ultimei faze scade semnificativ IMM-ul.
Tabelul I. Tipul structurii cristaline și parametrii rețelei ai Ni50Mn25Ga252xCux (x=1 până la 10 la pct) Aliaje la temperatura camerei
Fig. 1 — Evoluția parametrilor rețelei ale aliajelor Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 la 10 la pct).
Fig. 2 - (a) Curba compresivă efort real-deformare adevărată a Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1, 2, 2,75, 4, 9 la pct) testată la temperatura camerei. (b) Evoluția tensiunii necesare pentru ca faza de austenită părinte să sufere o transformare martensitică indusă de stres pentru Cu1 și Cu2 și stresul de înfrățire pentru restul probelor, adică de la Cu2,75 la Cu10.
Fig. 3 - (a) Deformare permanentă după descărcarea aliajelor Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 până la 10 la pct). (b) Tulpinile recuperate ale aliajelor Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 până la 10 la pct) la încălzire la 100 K peste temperatura de finisare a austenitei (Af).
Fig. 4 - Dependența compozițională a temperaturii de începere a transformării martensitice în aliajele Ni50Mn25Ga25 xCux (x=1 până la 10 la pct).
REFERINȚE
1. K Ullakko: J. Mater. ing. Perform., 1996, voi. 5, p. 405–409.
2. AR Smith, J Tellinen și K Ullakko: Acta Mater., 2014, voi. 80, p. 373–79.
3. I Suorsa, E Pagounis și K Ullakko: J. Magn. Magn. Mater., 2004, voi. 272–276, p. 2029–30.
4. A Hobza, CL Patrick, K Ullakko, N Raflfla, P Lindquist și P Mu¨llner: Sens. Actuat. A-Phys., 2018, vol. 269, p. 137–44.
5. VV Martynov: J. Phys. Franța, 1995, voi. 5, pp. C8-91–C8-99.
6. VV Kokorin, VV Martynov și VA Chernenko: Scr. metal. Mater., 1992, voi. 26, p. 1752–77.
7. K Ullakko, JK Huang, C Kantner, RC O'Handley și VV Kokorin: Appl. Fiz. Lett., 1996, voi. 69, p. 1966–68.
8. SJ Murray, M Marioni, SM Allen, RC O'Handley și TA Lograsso: Appl. Fiz. Lett., 2000, voi. 77, p. 886–88.
9. E Pagounis, R Chulist, MJ Szczerba și M Laufenberg: Appl. Fiz. Lett., 2014, voi. 105, p. 052405.
10. E Pagounis, MJ Szczerba, R Chulist și M Laufenberg: Appl. Fiz. Lett., 2015, voi. 107, p. 152407.
11. J Pons, VA Chernenko, R Santamarta și E Cesari: Acta Mater., 2000, voi. 48, p. 3027–38.
12. ZB Li, B Yang, YD Zhang, C Esling, NF Zou, X Zhao și L Zuo: Acta Mater., 2014, voi. 74, p. 9–17.
13. SK Wu și ST Yang: Mater. Lett., 2003, voi. 57, p. 4291–96.
14. AN Vasil'ev, AD Bozhko, VV Khovailo, IE Dikshtein, VG Shavrov, VD Buchelnikov, M Matsumoto, S Suzuki, T Takagi și J Tani: Phys. Rev. B, 1999, voi. 59, p. 1113–20.
15. A Brzoza, S Sumara, A Wierzbicka-Miernik, W Maziarz și MJ Szczerba: Mater. Sci. Technol.-Lond., 2020, vol. 36, p. 961–65.
16. XQ Chen, X Lu și ZX Qin: Mater. Sci. Technol.-Lond., 2009, voi. 25, p. 829–32.
17. VA Chernenko, E Cesari, VV Kokorin, și IN Vitenko: Scr. metal. Mater., 1995, voi. 33, p. 1239–44.
18. Y Ma, C Jiang, Y Li, H Xu, C Wang și X Liu: Acta Mater., 2007, voi. 55, p. 1533–41.
19. A Brzoza, A Wierzbicka-Miernik, T Czeppe, E Cesari și MJ Szczerba: Intermetallics, 2019, voi. 109, p. 157–61.
20. S Guo, Y Zhang, B Quan, J Li, Y Qi și X Wang: Smart Mater. Struct., 2005, voi. 14, p. S236–8.
21. ZB Li, NF Zou, CF Sanchez-Valde´s, JL Sanchez Llamazares, B Yang, Y Hu, YD Zhang, C Esling, X Zhao și L Zuo: J. Phys. D, 2016, voi. 49, p. 1025002.
22. Y Ma, S Yang, Y Liu și X Liu: Acta Mater., 2009, voi. 57, p. 3232–41.
23. Y Xin, Y Li, L Chai și H Xu: Scr. Mater., 2007, voi. 57, p. 599–601.
24. CM Wayman: Prog. Mater. Sci., 1992, voi. 36, p. 203–24.
25. H Xu, Y Ma și C Jiang: Apl. Fiz. Lett., 2003, voi. 82, p. 3206–208.
26. J Ma, I Karaman și R Noebe: Int. Mater. Rev., 2010, voi. 5, p. 257–15.
27. JV Humbeeck: Mater. Res. Buletin, 2012, vol. 47, p. 2966.
