كيف تحقق سبيكة النيكل-تيتانيوم توازنًا مثاليًا بين امتصاص الطاقة والإفراج من خلال التفاعلات على المستوى الذري؟

تنبع المرونة الفائقة لسبائك النيكل-تيتانيوم من خصائص تحويل المرحلة الفريدة للمرحلة. في نطاق درجة الحرارة أعلى بقليل من درجة حرارة التحول (AF) ، تكون المادة في حالة مرحلة الأصل الأوليت ، ويمثل هيكل الشبكة ترتيبًا بلوريًا مكعبًا متناظرًا للغاية. عندما تتسبب القوة الخارجية في أن تتجاوز السلالة القيمة الحرجة ، ستتحول المادة إلى مرحلة Martensite من خلال تحول الطور بدون انتشار. يرافق هذا التحول في المرحلة إعادة بناء بنية الشبكة: يتم تحويل خلية الوحدة المكعبة العادية في الأصل إلى بنية حالة منخفضة الطاقة مع التماثل أحادي الخلية. هذا التحول الهيكلي هو في الأساس عملية امتصاص الطاقة ، والتي تتفرق على تركيز الإجهاد من خلال الإزاحة المنسقة على المستوى الذري.

بعد تفريغ القوة الخارجية ، تنخفض الطاقة الخالية من النظام وتؤدي إلى تحويل المرحلة العكسية ، يتم تحويل مرحلة مارتينسيت إلى مرحلة الأوستينيت ، ويعود بنية الشبكة إلى حالتها الأولية. خلال العملية برمتها ، تحقق المادة التشوه والانتعاش من خلال تحويل الطور بدلاً من حركة الخلع التقليدية. تتيح هذه الآلية سبيكة النيكل-تيتانيوم أن تطلق ما يصل إلى 8 ٪ من الإجهاد المرن في لحظة التفريغ ، مما يتجاوز بكثير الحد المرن البالغ 0.5 ٪ -2 ٪ من المعادن العادية.

آلية تأثير البنية المجهرية على المرونة الفائقة
تُظهر سبائك النيكل النيكل النانوية النانوية خصائص فائقة المرونة تفوق تلك الخاصة بالمواد الحبيبية الخشنة. عندما يتم تحسين حجم الحبوب إلى مستوى الفرع ، تزداد كثافة حدود الحبوب بشكل كبير ، مما لا يحد فقط من مسار انتشار تحول الطور المارتيني ، ولكنه يشترك أيضًا في جزء من السلالة من خلال انزلاق حدود الحبوب. أظهرت الدراسات أنه عندما يتم تقليل حجم الحبوب إلى أقل من 50 نانومتر ، فإن الحد الأقصى لسعة الإجهاد التي يمكن أن تصمدها المادة يزداد بحوالي 30 ٪ ، مع الحفاظ على خصائص التباطؤ أكثر استقرارًا.

يمكن أن تؤدي جزيئات المرحلة الثانية مثل ti₃ni₄ التي تم تقديمها عن طريق علاج الشيخوخة إلى تحسين الأداء الفائق بشكل كبير. تمنع هذه الرواسب النانوية حركة الخلع من خلال تثبيت التأثيرات وتعزيز التحول الموحد الموحد كمواقع نوى تشوه الطور. عندما يتطابق حجم المرحلة المترسبة مع الحجم المتغير martensitic ، فإن المادة تظهر إجهادًا متبقيًا أقل وثباتًا دوريًا أعلى.

تغييرات طفيفة في النيكل تيتانيوم النسبة الذرية (NI/TI) تغير بشكل أساسي سلوك تحويل الطور. عندما ينحرف محتوى NI عن نسبة equiatomic (50:50) ، يتحول درجة حرارة تحويل الطور ، ويتغير التشكل المتغير martensitic من التوصيف الذاتي إلى detwinsed. يمكّن هذا التطور الهيكلي المادة من إظهار خصائص التخميد بشكل أفضل بمعدل إجهاد معين ، وهو مناسب لحقل التحكم في الاهتزاز.

العملية الديناميكية لتبديد الطاقة واستردادها
تتضمن آلية تحويل الطاقة في دورة المرونة الفائقة العمليات الفيزيائية متعددة النطاق. خلال مرحلة التحميل ، يتم تحويل العمل الذي أنجزته القوة الخارجية أولاً إلى طاقة تشويه شعرية. عندما تتجاوز السلالة القيمة الحرجة لتحويل الطور ، يتم تحويل حوالي 60 ٪ -70 ٪ من الطاقة إلى حرارة كامنة لتحول الطور من خلال تحول الطور المارتينيتي. يتم تخزين الطاقة المتبقية في مرحلة الأوستينيت المتبقية وحقل إجهاد الواجهة. أثناء التفريغ ، تدفع الحرارة الكامنة التي يتم إطلاقها بواسطة تحول الطور العكسي وطاقة الإجهاد المرنة بشكل مشترك لاستعادة الشكل. إن فقدان الطاقة في العملية برمتها أقل من 10 ٪ ، وهو أفضل بكثير من فقدان التباطؤ من 30 ٪ إلى 50 ٪ من المعادن التقليدية.

معدل تحويل الطور له تأثير كبير على الأداء الفائق. عندما يتجاوز معدل الإجهاد 10⁻ ⁻/s ، يتغير تحول الطور مارتينسيتي من النوع المنشط للحرارة إلى النوع الناجم عن الإجهاد. في هذا الوقت ، لا يوجد وقت لتبديد الحرارة الكامنة لتحويل الطور ، مما يؤدي إلى زيادة في درجة الحرارة المحلية تصل إلى عشرات الدرجات المئوية. يمكن أن يساعد تأثير التسخين الذاتي هذا في قطع الأنسجة في الأدوات الجراحية الغازية الحد الأدنى ، ولكنه يتطلب أيضًا الإدارة الحرارية من خلال تصميم البنية المجهرية.

اختراق الهندسة في تطبيق فائق المرونة
تستخدم الدعامات الوعائية Niti سبيكة المرونة الفائقة لتحقيق التعديل الديناميكي لقوة الدعم الشعاعي. أثناء الزرع ، يتم ضغط المادة وتشوه بقطر 1 مم ، وبعد دخول الآفة ، يتم إطلاق السلالة واستعادتها إلى 3 مم. خلال العملية برمتها ، تتعرض المادة لأكثر من 300 ٪ من سلالة دون تشوه بلاستيكي. تمكن هذه الخاصية الدعامة من مقاومة التراجع المرن لجدار الأوعية الدموية وتجنب الأضرار الدائمة للأوعية الدموية.

في مجال الفضاء الجوي ، يمكن أن تصمد التوصيلات الفائقة المرونة إلى سلالة محورية تصل إلى 5 ٪ ، مما يعوض بشكل فعال الفرق في التمدد الحراري بين المحرك ونظام النقل. يتيح منحنى الإجهاد الفريد من نوعه (إجهاد المنصة حوالي 500 ميجا باسكال) الحفاظ على السلامة الهيكلية في ظل ظروف الحمل الزائد ، مع تقليل الوزن بنسبة 40 ٪ مقارنة مع أدوات التوصيل المعدنية التقليدية ، وتوسيع عمر التعب بأكثر من 3 مرات.

استنادًا إلى أجهزة امتصاص الصدمات الفائقة المرونة ، يتم تعديل الصلابة ديناميكيًا عن طريق استشعار تردد الاهتزاز المحيط. في ظل عمل الموجات الزلزالية ، تخضع المادة لتغيير في الطور الذي يمكن التحكم فيه لامتصاص الطاقة ، ويعود على الفور إلى حالتها الأصلية بعد توقف الاهتزاز. تبين البيانات التجريبية أن مثل هذه الأجهزة يمكن أن تقلل من سعة الاهتزاز لهياكل البناء بنسبة 60 ٪ -75 ٪ دون الحاجة إلى إدخال الطاقة الخارجية .