니켈-티타늄 합금은 어떻게 원자 수준의 상호 작용을 통해 에너지 흡수와 방출 사이의 완벽한 균형을 달성합니까?

니켈-티타늄 합금의 초자력은 독특한 마르텐 시스트 상 변환 특성에서 비롯됩니다. 형질 전환 온도 (AF)보다 약간 높은 온도 범위에서, 재료는 오스테 나이트 모상 상태에 있고, 격자 구조는 매우 대칭 적 입방 결정 배열을 나타낸다. 외부 힘이 변형이 임계 값을 초과하게하는 경우, 재료는 확산이없는 상 변환을 통해 마르텐 사이트 상으로 변형됩니다. 이 위상 변환은 격자 구조의 재구성을 동반합니다. 원래 일반 입방 단위 셀은 단일 클린 성 대칭을 갖는 저에너지 상태 구조로 변환됩니다. 이 구조적 변환은 본질적으로 에너지 흡수 공정이며, 이는 원자 수준에서 조정 된 변위를 통해 응력 농도를 분산시킨다.

외부 힘을 내린 후, 시스템 자유 에너지는 역상 변환을 감소시키고 유발하고, 마르텐 사이트상은 오스테 나이트 상으로 다시 변형되고 격자 구조는 초기 상태로 돌아갑니다. 전체 과정에서 재료는 전통적인 탈구 이동보다는 위상 변환을 통해 변형 및 회복을 달성합니다. 이 메커니즘은 니켈-티타늄 합금이 하역 순간에 탄성 변형의 최대 8%를 방출하여 일반 금속의 0.5% -2%의 탄성 한계를 훨씬 초과 할 수 있도록합니다.

초자력에 미세 구조의 영향 메커니즘
나노 결정질 니켈 티타늄 합금은 거친 입자 물질보다 우수한 초탄극 특성을 나타낸다. 입자 크기가 미묘한 수준으로 정제 될 때, 입자 경계 밀도가 크게 증가하여 마르텐 시스트 상 변환의 전파 경로를 제한 할뿐만 아니라 곡물 경계 슬라이딩을 통한 변형의 일부를 공유한다. 연구에 따르면 입자 크기가 50nm 미만으로 감소 될 때, 재료가 견딜 수있는 최대 변형 진폭은 약 30%증가하면서 더 안정적인 히스테리시스 특성을 유지하는 것으로 나타났습니다.

노화 처리에 의해 도입 된 티 니 니와 같은 제 2 상 입자는 초탄파 성능을 상당히 최적화 할 수있다. 이들 나노 스케일은 고정 효과를 통한 탈구 운동을 억제하고 위상 변형 핵 형성 부위로서 균일 한 마르텐 사이트 형질 전환을 촉진한다. 침전물 위상 크기가 Martensitic 변이 크기와 일치 할 때, 재료는 낮은 잔류 변형 및 더 높은 순환 안정성을 나타낸다.

약간의 변화 니켈 티타늄 원자 비율 (Ni/Ti)은 기본적으로 위상 변환 거동을 변화시킵니다. NI 함량이 등장 비율 (50:50)에서 벗어나면 위상 변환 온도가 이동하고, 마르텐 사이트 변이 형태는 자기 지원에서 Detwinned로 변합니다. 이러한 구조적 진화는 재료가 특정 변형률에서 더 나은 댐핑 특성을 나타낼 수 있으며, 이는 진동 제어 분야에 적합합니다.

에너지 소산 및 회복의 역동적 인 과정
초탄파주기의 에너지 변환 메커니즘에는 다중 규모의 물리적 프로세스가 포함됩니다. 하중 단계에서 외부 힘에 의해 수행 된 작업은 먼저 격자 왜곡 에너지로 전환됩니다. 변형이 위상 형질 전환의 임계 값을 초과 할 때, 약 60% -70%의 에너지가 마르텐 사이트 상 변환을 통해 위상 형질 전환의 열로 변환됩니다. 나머지 에너지는 잔류 오스테 나이트 상 및 인터페이스 응력 필드에 저장됩니다. 언 로딩하는 동안, 역상 변환에 의해 방출되는 잠재 열과 탄성 변형 에너지는 형상 회복을 공동으로 주도합니다. 전체 공정의 에너지 손실은 10%미만이며, 이는 전통적인 금속의 30%-50%의 히스테리시스 손실보다 훨씬 낫습니다.

위상 변환 속도는 초탄파 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 변형 속도가 10 ³/s를 초과 할 때, 마르텐 사이트 위상 변환은 열-활성화 유형에서 응력 유발 유형으로 변합니다. 이때, 위상 형질 전환의 잠열은 소산 할 시간이 없어서 국소 온도가 섭씨 수십 정도까지 증가합니다. 이 자체 가열 효과는 최소 침습적 수술기구에서 조직 절단에 도움이 될 수 있지만 미세 구조 설계를 통한 열 관리가 필요합니다.

초 전자적 응용 프로그램의 엔지니어링 혁신
니티 합금 혈관 스텐트는 초탄파를 사용하여 방사형 지지력의 동적 조정을 달성합니다. 이식 동안, 재료를 압축하고 1mm의 직경으로 변형시키고, 병변에 들어간 후, 균주가 방출되어 3mm로 복원된다. 전체 공정 동안, 재료는 플라스틱 변형없이 300% 이상 변형된다. 이 특성은 스텐트가 혈관 벽의 탄성 회복에 저항하고 혈관에 영구적 인 손상을 피할 수있게합니다.

항공 우주 분야에서, 초탄파 커플 링은 최대 5% 축 변형을 견딜 수있어 엔진과 전송 시스템 사이의 열 팽창의 차이를 효과적으로 보상 할 수 있습니다. 고유 한 응력-변형 곡선 (약 500mpa의 플랫폼 응력)을 통해 과부하 조건에서 구조적 무결성을 유지하는 동시에 기존 금속 커플 링에 비해 무게를 40% 줄이고 피로 수명을 3 배 이상 연장 할 수 있습니다.

초탄파의 적응성 충격 흡수 장치를 기반으로, 강성은 주변 진동 주파수를 감지하여 동적으로 조정됩니다. 지진파의 작용 하에서, 재료는 에너지를 흡수하기 위해 제어 가능한 위상 변화를 겪고, 진동이 멈춘 후에 원래 상태로 즉시 돌아옵니다. 실험 데이터는 이러한 장치가 외부 에너지 입력없이 건물 구조의 진동 진폭을 60% -75% 줄일 수 있음을 보여줍니다 .