En legering, der bevarer sin hukommelse ved høje temperaturer

Ved hjælp af computersimulering, Alberto Ferrari beregnede et designforslag til en formhukommelseslegering, der bevarer sin effektivitet i lang tid selv ved høje temperaturer. Alexander Paulsen fremstillede det og bekræftede eksperimentelt forudsigelsen. legeringen af ​​titanium, tantal og skandium er mere end blot en ny højtemperatur formhukommelseslegering. Hellere, forskerholdet fra Interdisciplinary Center for Advanced Materials Simulation (Icams) og Institut for Materialer ved Ruhr-Universität Bochum (RUB) har også demonstreret, hvordan teoretiske forudsigelser kan bruges til at producere nye materialer hurtigere. Gruppen offentliggjorde sin rapport i tidsskriftet Materialer til fysisk gennemgang fra 21. oktober 2019. Deres arbejde blev fremvist som et redaktørforslag.

Undgå den uønskede fase

Formhukommelseslegeringer kan genetablere deres oprindelige form efter deformation, når temperaturen ændres. Dette fænomen er baseret på en transformation af krystalgitteret, hvori metallernes atomer er arrangeret. Forskere omtaler er som fasetransformation. "Ud over de ønskede faser, der er også andre, der dannes permanent og betydeligt svækker eller endda fuldstændig ødelægger formhukommelseseffekten, " forklarer Dr. Jan Frenzel fra Institut for Materialer. Den såkaldte omega-fase opstår ved en bestemt temperatur, afhængig af materialets sammensætning. Til dato, mange formhukommelseslegeringer til højtemperaturområdet ville kun modstå nogle få deformationer, før de blev ubrugelige, når først omega-fasen satte ind.

Lovende formhukommelseslegeringer til højtemperaturapplikationer er baseret på en blanding af titanium og tantal. Ved at ændre proportionerne af disse metaller i legeringen, forskere kan bestemme den temperatur, hvor omega-fasen opstår. "Imidlertid, mens vi kan flytte denne temperatur opad, temperaturen af ​​den ønskede fasetransformation sænkes desværre i processen, siger Jan Frenzel.

Blanding ændrer egenskaber

RUB-forskerne forsøgte at forstå mekanismerne bag begyndelsen af ​​omega-fasen i detaljer, for at finde måder at forbedre ydeevnen af ​​formhukommelseslegeringer til højtemperaturområdet. Til denne ende, Alberto Ferrari, Ph.D. forsker hos Icams, beregnet stabiliteten af ​​de respektive faser som funktion af temperatur for forskellige sammensætninger af titanium og tantal. "Han var i stand til at bruge det til at bekræfte resultaterne af eksperimenter, " påpeger Dr. Jutta Rogal fra Icams.

I næste trin, Alberto Ferrari simulerede små mængder af tredje elementer, der blev tilføjet til formhukommelseslegeringen af ​​titanium og tantal. Han udvalgte kandidaterne efter specifikke kriterier, for eksempel skal de være så ugiftige som muligt. Det viste sig, at en blanding af nogle få procent scandium skulle resultere i, at legeringen fungerede i lang tid selv ved høje temperaturer. "Selvom scandium hører til de sjældne jordarter og er, følgelig, dyrt, vi har kun brug for meget lidt af det, Derfor er det alligevel værd at bruge, " forklarer Jan Frenzel.

Forudsigelse er nøjagtig

Alexander Paulsen producerede derefter legeringen beregnet af Alberto Ferrari ved Institute for Materials og testede dens egenskaber i et eksperiment:resultaterne bekræftede beregningerne. En mikroskopisk undersøgelse af prøverne viste senere, at selv efter mange deformationer blev der ikke fundet nogen omega-fase i legeringens krystalgitter. "Vi har således udvidet vores grundlæggende viden om titanium-baserede formhukommelseslegeringer og udviklet mulige nye højtemperatur formhukommelseslegeringer, " siger Jan Frenzel. "Desuden, det er fantastisk, at computersimuleringsforudsigelserne er så nøjagtige." Da produktionen af ​​sådanne legeringer er meget kompleks, implementeringen af ​​computerstøttede designforslag til nye materialer lover meget hurtigere succes.