Pohyb stěn mezi dvojčaty v tetragonálním martensitu NiMnGa indukovaný tahovým napětím – studium in-situ transmisní elektronovou mikroskopií
Ni-Mn-Ga je feromagnetická slitina s tvarovou pamětí, která transformuje z vysokoteplotní kubické fáze do termoelastického martensitu a během chlazení podstupuje přechod do magnetického stavu. Slitina vykazuje pozoruhodné vlastnosti, např. deformaci vyvolanou magnetickým polem, superelasticitu nebo jev tvarové paměti. V nich hraje prvořadou roli pohyblivost stěn mezi dvojčaty martensitu. Pohyb dvojčatových stěn, vyvolaný vnějším tahovým napětím, zkoumáme na vzorcích deformovaných in-situ v transmisním elektronovém mikroskopu Jeol, který je vybaven deformačním držákem se dvama náklopy (konstrukce a výroba v FZÚ AVČR, viz
Z.Dlabáček, A.Gemperle, J.Gemperlová, 13th EMC, Antwerp 2004, p.417). Poté pokračují ex-situ pozorování v mikroskopu s vysokým rozlišením na TU Helsinki. Proces mizení nebo tvorby dvojčat v martensitu se odehrává pohybem dvojčatových dislokací, které jsou rozštěpené. Jejich zdrojem jsou hranice mezi zdvojčatělými pásy [
Y.Ge, N.Zárubová, Z.Dlabáček, I.Aaltio, O.Söderberg, S.-P.Hannula, ESOMAT 2009, DOI: 10.1051/esomat/200904007].
Fig. 1. Kontrast na dvojčatových dislokacích v deskách mizející martensitické varianty.
Fig. 2. Dvojčatové dislokace emitované hranicí mezi dvěma zdvojčatělými pásy.
zpět
Nekonvenční finální žíhaní NiTi drátů s tvarovou pamětí pomocí DC elektrického proud
Posledním technologickým krokem při výrobě NiTi drátu s tvarovou pamětí z kovů niklu a titanu je finální termomechanické zpracovaní, které je běžně prováděno v horkovzdušné peci při teplotách okolo 400 °C. Tvar, funkční vlastnosti včetně jejich stability a únavových vlastností jsou z velké části dány právě finální termomechanickým zpracováním. Z tohoto důvodu je tento závěrečný technologický krok klíčovou operací při výrobě NiTi drátů. Skupina FMC vyvinula v rámci evropského výzkumného programu
AVALON zaměřeného na technologie výroby NiTi hybridních textilií a jejich průmyslové aplikace novou metodu nekonvenčního finálního žíhaní NiTi drátů s tvarovou pamětí pomocí DC elektrického proud (schéma metody je na obrázku 1). Tato metoda umožňuje provádět kontinuální žíhaní tenkých NiTi vláken přímo na textilních výrobních strojích a lze jí také použít pro žíhaní NiTi vláken již integrovaných spolu s běžnými textilními vlákny odolavající teplotám do 300°C do hybridních NiTi textilií. Navíc toto termomechanické zpracování probíha za přesně definovaných podmínek, jejichž změnou lze docílit požadovaných funkčních vlastností jak lze vidět na obrázku 1.
Patentová přihláška PV 2009-279 byla podána na tuto metodu žíhání u Českého patentového úřadu.
Obr. 1. Nekonvenční finální žíhaní NiTi drátů s tvarovou pamětí pomocí DC elektrického proud /FTMT-EC method/ vyvinuté skupinou FMC - schéma metody, ukázka prvního prototypu NiTiTec a tahové křivky napětí-deformace odpovídající NiTi drátům žíhaným za různých podmínek.
zpět
Termomechanická charakterizace NiTi vláken s tvarovou pamětí
Aplikovaný výzkum v ramci skupiny FMC je částečně zaměřen na vývoj inteligentních NiTi textilií integrující NiTi vlákna s tvarovou pamětí. Úspěšný návrh těchto textilií s funkčními vlastnostmi je podmíněn znalostí termomechanického chovaní NiTi vláken při vnějším namáhání kterému jsou vystaveny v textiliích. Proto byla v FMC vyvinuta metoda systematického určování vlastností NiTi vláken v různých deformačních módech. Součástí tohoto výzkumu je vývoj vlastních testovacích zařízení (Obr. 1) umožnující testovat tenké NiTi vlákna u průměru až několika mikrometrů. Dále byla navržena metoda hodnocení termomechanického chovaní NiTi vláken pomocí řady materiálových parametrů a nerovnovážného diagramu napětí-teplota (Obr. 3), která umožňuje objektivně posoudit vlastnosti daného NiTi vlákna. [
Heller L. et al., Quasistatic and dynamic functional properties of thin superelastic wires, The European Physical Journal Special Topics, (2008) 128: 7–15].
Obr. 1. Experimentální zařízení (ATTUT) vyvinuté ve skupině FMC pro testování NiTi vláken s tvarovou pamětí v kombinovaném namáhání tah-krut.
Obr. 2. Příklad výsledných křivek z dat naměřených v průběhu jednoho automatizovaného měřícího cyklu pomocí experimentálního zařízení ATTUT (Obr. 1). Data byla naměřena na NiTi vláknu o průměru 100 mikrónů s austenit finish teplotou ~0°C namáhaném v kombinovaném tahu a krutu.
Fig. 3. Příklad nerovnovážného tahového diagramu napětí-teplota, který slouží ke snadné charakterizaci termomechanického chování NiTi vláken s tvarovou pamětí. Diagram je zkonstruován na základě dat naměřených ve speciálně navržené serii termomechanických testů v tahu.
zpět
SMA suchý zip - nová aplikace slitin s tvarovou pamětí
Ve skupině FMC byl vyvinut nový typ suchého zipu využívající mikroháčky z NiTi vláken s tvarovou pamětí (Obr. 1). Tento nový design odstraňuje některé nevýhody klasického suchého zipu jakými jsou např. jeho hlučnost při rozepínání, opotřebení po několika tisících cyklech spojení a rozepnutí. Využití NiTi vláken pak dále přináší řadu nových funkčních vlastností jako např. velká maximální pevnost spojení, naladitelná a pevnost spojení, kterou je možné teplotně řídit.[Tearing apart Velcro design for silent use ( eStrategies, 2008),Shape Memory Hooks Employed in Fasteners (JMEPEG (2009) 18:706–710) ].
Na nový suchý zip byla podána patentová přihláška PV 2008-568 u Českého patentového úřadu.
Obr.. 1. Schéma a prototyp SMA suchého zipu
back
