Entwicklungsgeschichte der Formged?chtnislegierung

Formged?chtnislegierung ist eine Art Formged?chtnismaterial mit hervorragenden Eigenschaften. Wenn es durch ?u?ere Kr?fte oder magnetische Ver?nderungen beeinflusst wird, kann es seinen vorherigen Zustand beibehalten, was als Formged?chtniseffekt bezeichnet wird. Die Anwendung dieser Materialien ist sehr einfach, wobei sich die Materialien durch ?u?ere Krafteinwirkung leicht verformen lassen. Wenn sie durch externe oder interne Erw?rmung auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden, schrumpfen sie oder kehren in ihre ursprüngliche Form zurück. 1932 entdeckten schwedische Physiker diesen Formged?chtniseffekt erstmals in einer Au-CD-Legierung. 1938 beobachteten Greninger und Mooradian erstmals diesen Formged?chtniseffekt in Cu-Zn- und Cu-Sn-Legierungen. Bis 1969 wurde SMA erstmals kommerziell erfolgreich angewendet. Die Firma Raychem hat erfolgreich eine NiTi-Legierung als Rohrverbindung für das ?ldrucksystem des F14-J?gers in den Vereinigten Staaten angewendet und eine gute Dichtleistung des ?ldrucksystems erzielt.

Formged?chtnis-Effekt

Der Formged?chtniseffekt einer Formged?chtnislegierung h?ngt im Wesentlichen mit der martensitischen Umwandlung in der Legierung zusammen. Die Formged?chtnislegierung liegt bei h?herer Temperatur in Form von Austenit und bei niedrigerer Temperatur als Martensit vor. Wenn SMA erhitzt wird, beginnt es sich von der martensitischen Phase in die austenitische Phase zu ?ndern. Wie es ist

Sie ist definiert als die Temperatur, bei der die austenitische Umwandlung beginnt, und AF als die Temperatur, bei der die austenitische Umwandlung endet. Wenn SMA über eine Temperatur erhitzt wird, ?ndert sich die martensitische Phase allm?hlich zurück in die austenitische Phase und kehrt bei hoher Temperatur in die ursprüngliche Form zurück, was auch unter Hochlastbedingungen durchgeführt werden kann. Beim Abkühlprozess wird die Starttemperatur vom Austenit zum Martensit als MS definiert, und die Temperatur am Ende der Martensitumwandlung wird als MF definiert. Die Temperatur, bei der keine martensitische Umwandlung mehr durch Spannung induziert wird, wird als MD definiert. Oberhalb dieser Temperatur verformt sich SMA unter ?u?erer Krafteinwirkung und nimmt nach Entlastung sofort wieder seine ursprüngliche Form an. Formged?chtnislegierungen haben drei verschiedene Arten von Ged?chtniseffekten (wie in Abbildung 1 dargestellt), die wie folgt gekennzeichnet sind:

① Einweg-Memory-Effekt. Wenn die Temperatur verringert wird, verformt sich die Legierung und kehrt dann durch Erh?hen der Temperatur in den Zustand vor der Verformung zurück, dh beim Erhitzen tritt ein Formged?chtniseffekt auf.

② Zwei-Wege-Memory-Effekt. Wenn die Legierung w?hrend des Erhitzens bei hoher Temperatur in den Zustand zurückkehrt und bei niedriger Temperatur in die Form zurückkehrt, wenn die Temperatur verringert wird. Da der Zwei-Wege-Memory-Effekt nur durch einen geeigneten ?Trainingsprozess“ erreicht werden kann und die Belastung bei hoher Temperatur stark reduziert wird, hat er weniger kommerzielle Anwendung. Heat Force Cycling ist eine Art ?Trainingsmethode“, um den Zwei-Wege-Formged?chtniseffekt zu realisieren. Es erreicht den Zweck des ?Trainings“, indem es zwischen Austenit- und bestimmten Martensit-Varianten hin- und herwechselt;

③ Speichereffekt des gesamten Prozesses. Es bezieht sich auf den Zustand, in dem sich die Legierung w?hrend des Erw?rmungsprozesses auf eine hohe Temperatur erholt. Wenn die Temperatur auf eine niedrige Temperatur reduziert wird, ?ndert sich die Form in die entgegengesetzte Form, wenn sie sich auf eine hohe Temperatur ?ndert.

Der Formged?chtniseffekt ist eine Festphasen-Martensitumwandlung ohne Diffusion. Darüber hinaus gibt es andere Phasenumwandlungsprozesse, die mit dem Formged?chtnis zusammenh?ngen, wie etwa die R-Phasenumwandlung, die im Allgemeinen in einer Zwischenphasenumwandlung von Austenit zu Martensit auftritt. Bei der Rückumwandlung von Martensit gibt es eine thermische Hysterese, die ein Index zur Messung der Temperaturdifferenz zwischen Erw?rmung und Abkühlung ist (dh Δ t = af-ms). Diese Eigenschaft der thermischen Hysterese ist sehr wichtig, und die thermische Hysterese des SMA-Materials muss bei der Anwendung der Zieltechnologie sorgf?ltig berücksichtigt werden, zum Beispiel ist für schnelle Antriebsanwendungen eine kleinere thermische Hysterese erforderlich, w?hrend für eine Rohrleitungsverbindung eine gr??ere thermische Hysterese erforderlich ist wird ben?tigt, um sicherzustellen, dass die vordefinierte Form in einem gr??eren Temperaturbereich beibehalten wird. Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften (W?rmeleitf?higkeit, W?rmeausdehnungskoeffizient, spezifischer Widerstand, Elastizit?tsmodul usw.) einiger SMA vor und nach dem Phasenübergang sind ebenfalls unterschiedlich. Die Austenitphasenstruktur ist relativ hart und hat einen h?heren Elastizit?tsmodul, w?hrend die Martensitstruktur weicher und formbarer ist, das hei?t, sie kann leicht durch Aufbringen einer ?u?eren Kraft verformt werden.

Einführung von Formged?chtnislegierungsmaterialien

NiTi-Formged?chtnislegierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilit?t und mechanischen Eigenschaften in biomedizinischen Bereichen wie Legierungsstents, minimalinvasiven medizinischen Ger?ten, orthop?discher Chirurgie, Gehirnchirurgie und Stomatologie eingesetzt.

Aufgrund der offensichtlichen Beschr?nkungen oder M?ngel von SMA, wie z. B. hohe Herstellungskosten, begrenzte wiederherstellbare Verformung und Betriebstemperatur, werden jedoch andere Arten von Formged?chtnismaterialien erforscht.

Formged?chtnislegierung für hohe Temperaturen

Aufgrund der immer h?heren Anforderungen an die Betriebstemperatur von Hochtemperatur-Formged?chtnislegierungen haben viele Forscher die Betriebstemperatur von Formged?chtnislegierungen erh?ht, indem sie die Legierung des dritten Elements der NiTi-Legierung hinzugefügt haben. Tats?chlich wird die Hochtemperatur-Formged?chtnislegierung als die Formged?chtnislegierung definiert, die über 100 ℃ verwendet werden kann, aber aufgrund der gro?en

Die meisten Hochtemperatur-Formged?chtnislegierungen weisen bei Raumtemperatur eine schlechte Duktilit?t und Ermüdungsbest?ndigkeit auf, sodass sie schwierig zu verarbeiten und zu ?trainieren“ sind, sodass die Herstellungskosten sehr hoch sind. Ferromagnetische Formged?chtnislegierung

Verglichen mit der herk?mmlichen temperaturgesteuerten Formged?chtnislegierung hat die ferromagnetische Formged?chtnislegierung eine gr??ere Ausgangsdehnung und eine h?here Ansprechfrequenz. Dies liegt daran, dass sich die Energie w?hrend des Servicevorgangs durch das Magnetfeld ausbreitet und nicht von der W?rmeleitf?higkeit und den W?rmeableitungsbedingungen des Legierungsmaterials beeinflusst wird. Sein Formged?chtniseffekt besteht darin, Zwillinge durch das ?u?ere Magnetfeld zu erregen

Die bevorzugte Neuorientierung unter den martensitischen Varianten führt zur Makroformverformung der Legierung. Ferromagnetische Formged?chtnislegierungen k?nnen nicht nur die gleiche spezifische Leistung wie herk?mmliche Ged?chtnislegierungen liefern, sondern auch mit einer h?heren Frequenz übertragen. Im Allgemeinen werden jedoch ferromagnetische Formged?chtnislegierungen im Anwendungsprozess auf ?hnliche Konstruktionsprobleme wie herk?mmliche Formged?chtnislegierungen sto?en. Au?erdem ist die H?rte der ferromagnetischen Formged?chtnislegierung sehr gro? und spr?de, sodass sie nur bei niedriger Temperatur verarbeitet und betrieben werden kann. Daher ist es schwierig, eine ferromagnetische Formged?chtnislegierung zu formen und zu formen, und sie ist derzeit nicht für Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Festigkeit geeignet. Daher ist es noch notwendig, die bestehende ferromagnetische Formged?chtnislegierung weiter zu untersuchen, um die Leistung des Materials weiter zu verbessern.

ferromagnetische Formged?chtnislegierung

Verglichen mit der herk?mmlichen temperaturgesteuerten Formged?chtnislegierung hat die ferromagnetische Formged?chtnislegierung eine gr??ere Ausgangsdehnung und eine h?here Ansprechfrequenz. Dies liegt daran, dass sich die Energie w?hrend des Servicevorgangs durch das Magnetfeld ausbreitet und nicht von der W?rmeleitf?higkeit und den W?rmeableitungsbedingungen des Legierungsmaterials beeinflusst wird. Sein Formged?chtniseffekt besteht darin, die bevorzugte Neuorientierung zwischen Zwillingsmartensitvarianten durch das externe Magnetfeld zu stimulieren. Die Makroformverformung der Legierung tritt auf. Ferromagnetische Formged?chtnislegierungen k?nnen nicht nur die gleiche spezifische Leistung wie herk?mmliche Ged?chtnislegierungen liefern, sondern auch mit einer h?heren Frequenz übertragen. Im Allgemeinen werden jedoch ferromagnetische Formged?chtnislegierungen im Anwendungsprozess auf ?hnliche Konstruktionsprobleme wie herk?mmliche Formged?chtnislegierungen sto?en. Au?erdem ist die H?rte der ferromagnetischen Formged?chtnislegierung sehr gro? und spr?de, sodass sie nur bei niedriger Temperatur verarbeitet und betrieben werden kann. Daher ist es schwierig, eine ferromagnetische Formged?chtnislegierung zu formen und zu formen, und sie ist derzeit nicht für Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Festigkeit geeignet. Daher ist es noch notwendig, die bestehende ferromagnetische Formged?chtnislegierung weiter zu untersuchen, um die Leistung des Materials weiter zu verbessern.

Filmmaterial mit Formged?chtnis

Aufgrund der Anwendung von Materialien aus Formged?chtnislegierungen in mechanischen Systemen, insbesondere in Mikroaktuatoren, wurden Filme aus Formged?chtnislegierungen umfassend untersucht. Dünnfilmmaterialien mit Formged?chtnis werden im Allgemeinen als unabh?ngige Dünnfilme verwendet, um Mikroaktuatoren zu werden. In der rasanten Entwicklung von MEMS ist NiTi-Dünnfilm zur ersten Wahl auf der Mikroebene geworden

Der Aktuator kann aufgrund seiner hervorragenden Formged?chtnisleistung und hohen Frequenz immer noch eine gro?e Ausgangsleistung aufrechterhalten. Es wird erwartet, dass die auf gesputterten NiTi-Filmen basierenden Mikro-NiTi-Treiber einen gro?en Teil des kommerziellen Marktes einnehmen werden, insbesondere für medizinische Mikroger?te und implantierbare Anwendungen. Die Anwendung von Dünnschichtmaterialien mit Formged?chtnis in einigen Bereichen mit Umgebungstemperaturen von mehr als 100 ° C ist jedoch begrenzt, wie z Phasenwechseltemperatur h?her als 100 ℃ wurde erh?ht.

Entwicklungstrend der Formged?chtnislegierung

(1) Um neue Formged?chtnismaterialien zu entwickeln oder die bestehenden Formged?chtnismaterialien zu verbessern, beispielsweise um geeignete dritte Legierungselemente in das Formged?chtnislegierungssystem einzufügen, seine martensitische Umwandlung zu verbessern und eine feine Steuerung seines Umwandlungsprozesses auf der Mikroebene zu erreichen.

(2) Eine Formged?chtnislegierung mit hervorragenden funktionellen Eigenschaften kann mit anderen Materialien mit guten strukturellen Eigenschaften gemischt werden, um die Anforderungen spezieller Feldanwendungen zu erfüllen.

(3) Um den Bedarf an kommerzieller Anwendung zu decken, sollten wir seine kommerzielle Anwendung steigern und das Herstellungsverfahren für die Produktion im gro?en Ma?stab verbessern.