Reduced functional degradation of a magnetic shape memory alloy by aging under stress
Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
Final Report Abstract
Das Ziel dieses Projekt lag in der Gewinnung neuer Erkenntnisse über den Einfluss eines überlagerten Magnetfeldes auf die funktionelle Ermüdung von ausscheidungshaltigen Formgedächtnislegierungen. Für die im Rahmen dieses Projekt untersuchten ferromagnetischen Co49Ni21Ga30-Legierungen konnte der Einfluss eines Magnetfeldes auf die funktionelle Ermüdung von Formgedächtnislegierungen mit und ohne Ausscheidungen nachgewiesen werden. Es wurde sowohl der Einfluss auf die martensitische Umwandlung zwischen der Hochtemperaturphase Austenit und der Niedertemperaturphase Martensit über die Zwillingsbildung gezeigt als auch der mikrostrukturelle Einfluss von Domänenwänden und Zwillingsgrenzen auf Versetzungsbewegungen charakterisiert. Besondere Schwerpunkte bildeten die magnetisch induzierten Phasenumwandlungen und der damit einhergehende magnetische Formgedächtniseffekt. In einem ersten Versuchsabschnitt wurden die Umwandlungstemperaturen der Proben beim Abkühlen bzw. Erwärmen bestimmt. Aus dem aufgenommenen Spannungs-Temperatur-Verlauf konnte die martensitische Umwandlung nachgewiesen werden. Ausgewählte Proben mit und ohne Ausscheidungen wurden anschließend in einem zweiten Versuchsabschnitt zuerst mechanisch und anschließend mit einem zusätzlichen pulsierenden Magnetfeld belastet. Es konnte ein signifikanter Unterschied der Auswirkungen impulsartiger Belastung bei Proben mit und ohne Ausscheidungen gezeigt werden. Während bei ausscheidungsfreien Proben eine funktionelle Ermüdung festzustellen ist, kam es bei ausscheidungshaltigen Proben in Bezug auf die Änderung funktioneller Eigenschaften nur zu geringfügigen Veränderungen aufgrund der magnetischen Impulse. Insgesamt zeigten die ausscheidungshaltigen Proben bessere Stabilität gegenüber funktioneller Ermüdung als das ausscheidungsfreie Material. Mittels Stereomikroskopie wurde der Einfluss einer magnetischen Belastung auf die Bildung des spannungsinduzierten Martensits dargestellt. Der Formgedächtniseffekt infolge der Belastung mit einem Magnetfeld konnte bei Dehnungsbehinderung durch die gemessenen Spannungsänderungen quantitativ ermittelt werden. Die Analysen der Messergebnisse ergaben, dass einerseits die Wiederholung der magnetischen Impulsen gleichartige Effekte zeigt und andererseits die eintretenden Spannungsänderungen mit höheren mechanischen Ausgangsspannungen abnehmen. Darüber hinaus wurde die magnetische Mikrostruktur mittels Elektronenmikroskopie dargestellt, mittels Feinbereichsbeugung nachgewiesen, ausgewertet und mit Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Insgesamt zeigt die Untersuchungen, dass sich durch über die Einstellung der Ausscheidungsstruktur der erhoffte Effekt einer signifikanten Verbesserung der funktionalen Stabilität von ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen erreichen lässt.
Publications
- (2018) Magnetic pulse controlled microstructure development in Co 49 Ni 21 Ga 30 single crystals. Materials Science and Technology 34 (16) 1954–1964
Gerstein, Gregory; Firstov, Georgiy; Chumlyakov, Yuri; Krooß, Philipp; Niendorf, Thomas; Dalinger, Andrej; Maier, Hans Jürgen
(See online at https://doi.org/10.1080/02670836.2018.1497129) - Pulsed magnetic field-induced changes in the meso- and nanostructure of Co49Ni21Ga30 martensite, Funct. Mater. Lett. 10, 2017, 1750044
Gerstein, G.; L’vov, V.; Chumlyakov, Y.; Niendorf, T.; Krooß, P.; Dalinger, A.; Heidenblut, T.; Maier, H. J.
(See online at https://doi.org/10.1142/S1793604717500448) - Internal pressure as a key thermodynamic factor to obtain high-temperature superelasticity of shape memory alloys, Materials Letters 210, 2018, 252-254
Gerstein, G.; L'vov, V. A.; Kosogor, A.; Maier, H. J.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.09.034) - Twoway shape memory effect and thermal cycling stability in Co35Ni35Al30 single crystals by low-temperature martensite ageing, Scripta Materialia 150, 2018, 18-21
Panchenko, E.; Eftifeeva, A.; Chumlyakov, Y.; Gerstein, G.; Maier, H.J.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.02.013)
