의사탄성

Pseudoelasticity

과탄성(Spoebelasticity)은 때때로 수정의 오스테나틱과 마텐사틱 단계 사이의 위상 변환에 의해 야기되는 적용된 스트레스에 대한 탄력적(반복적) 반응이다. 그것은 형상기억 합금으로 전시되어 있다.

개요

의사탄성도는 단순한 결합 스트레칭이나 결정 격자의 결함 도입이 아니라 위상 변환 중 도메인 경계의 가역적인 움직임에서 기인한다. 도메인 경계가 고정되더라도 난방을 통해 역전될 수 있다. 따라서 상대적으로 높은 도포 균주를 제거한 후 가성소 물질은 이전 형태(헨스, 형상기억)로 되돌아갈 수 있다. 의사탄력성의 한 특별한 경우를 베인 통신이라고 부른다. 여기에는 얼굴 중심 결정 격자(FCC)와 신체 중심 4각형 결정 구조(BCT) 사이의 오스테나이트/마텐사이트 위상 변환이 포함된다.[1]

수연성 합금은 더 큰 계열의 형상기억 합금에 속한다. 기계적으로 적재할 때, 과대성 합금은 응력에 의한 위상의 생성에 의해 매우 높은 균주(최대 10%)로 역변형된다. 하중을 제거하면 새로운 국면이 불안정해지고 재료가 원래의 모습을 되찾게 된다. 형상기억합금과는 달리 합금이 초기 형태를 회복하기 위해서는 온도 변화가 필요하지 않다.

초연성 기기는 그 크고 되돌릴 수 있는 변형을 이용하며 안테나, 안경테, 생체의학 스텐트를 포함한다.

니켈 티타늄(Nitinol)은 과탄성을 나타내는 합금의 예다.

크기 효과

최근에는 나노스케일 내 초탄성 물질을 발견해 미세전자기계시스템(MEMS) 적용에 관심을 보이고 있다. 마텐자틱 위상 변형을 통제할 수 있는 능력은 이미 보고되었다.[2] 그러나 초탄성의 행동은 나노 크기의 크기 영향을 미치는 것으로 관찰되어 왔다.

질적으로 말하면, 초유연성은 위상변환에 의한 가역적 변형이다. 따라서 탈구운동에 의한 되돌릴 수 없는 소성변형과 경쟁한다. 나노스케일에서는 탈구 밀도와 가능한 프랭크-리드의 소스 사이트가 크게 감소하기 때문에 크기가 줄어들면서 수율응력이 증가한다. 따라서 나노스케일에서 초탄성 행동을 보이는 재료의 경우, 유해한 진화가 거의 없는 상태에서 장기 사이클링에서 작동할 수 있는 것으로 밝혀졌다.[3] 한편, 핵이 시작될 수 있는 부위가 감소하기 때문에 마텐시틱 위상 변환이 일어나기 위한 임계 스트레스도 증가한다. 핵은 보통 탈구 근처에서 시작되거나 표면 결함에 따라 시작된다. 그러나 나노 크기의 물질의 경우 탈구 밀도가 크게 감소하고, 표면은 대개 원자적으로 매끄럽다. 따라서 과탄성을 나타내는 나노 크기의 물질의 위상 변환은 대개 균질하여 임계응력이 훨씬 높은 것으로 확인된다.[4] 구체적으로는 3상이 있는 지르코니아에 대해서는 위상변환과 소성변형 사이의 경쟁이 방향성에 따라 달라지는 것으로 밝혀져 탈구와 핵의 활성화 에너지의 방향 의존성을 나타내고 있다.[5] 따라서, 초유연성에 적합한 나노 크기의 재료의 경우, 가장 강화된 초유연성 효과를 위해 최적화된 결정 방향과 표면 거칠기를 연구해야 한다.

참고 항목

참조

  1. ^ Bhadeshia, H. K. D. H. "The Bain Correspondence" (PDF). Materials Science and Metallurgy. University of Cambridge.
  2. ^ Thorsten Krenke; et al. (2007). "Magnetic superelasticity and inverse magnetocaloric effect in Ni-Mn-In". Physical Review B. 75 (10): 104414. arXiv:0704.1243. doi:10.1103/PhysRevB.75.104414.
  3. ^ J. San Juan; et al. (2014). "Long-term superelastic cycling at nano-scale in Cu-Al-Ni shape memory alloy micropillars". Applied Physics Letters. AIP. 104: 011901. doi:10.1063/1.4860951.
  4. ^ J. San Juan; et al. (2013). "superelasticity and shape memory at nano-scale: size effects on the martensitic transformation". Journal of Alloys and Compounds. Elsevier. 577: S25–S29. doi:10.1016/j.jallcom.2011.10.110.
  5. ^ Ning Zhang; et al. (2016). "Competing mechanisms between dislocation and phase transformation in plastic deformation of single crystalline yttria-stabilized tetragonal zirconia nanopillars". Acta Materialia. 120: 337–347. arXiv:1607.03141. doi:10.1016/j.actamat.2016.08.075.
  • Liang C., Rogers C. A. (1990). "One-Dimensional Thermomechanical Constitutive Relations for Shape Memory Materials". Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 1 (2): 207–234. doi:10.1177/1045389x9000100205.
  • Miyazaki S, Otsuka K, Suzuki Y (1981). "Transformation Pseudoelasticity and Deformation Behavior in a Ti-50.6at%Ni Alloy". Scripta Metallurgica. 15 (3): 287–292. doi:10.1016/0036-9748(81)90346-x.
  • Huo, Y.; Müller, I. (1993). "Nonequilibrium thermodynamics of pseudoelasticity". Continuum Mechanics and Thermodynamics. Springer Science and Business Media LLC. 5 (3): 163–204. doi:10.1007/bf01126524. ISSN 0935-1175.
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  • Kamita, Toru; Matsuzaki, Yuji (1998-08-01). "One-dimensional pseudoelastic theory of shape memory alloys". Smart Materials and Structures. IOP Publishing. 7 (4): 489–495. doi:10.1088/0964-1726/7/4/008. ISSN 0964-1726.
  • Yamada, Y. (1992-09-01). "Theory of pseudoelasticity and the shape-memory effect". Physical Review B. American Physical Society (APS). 46 (10): 5906–5911. doi:10.1103/physrevb.46.5906. ISSN 0163-1829.

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