ಟಾಪ್ ಮೆಟಲ್ ಮ್ಯಾಗಜೀನ್ "ಆಕ್ಟಾ ಮೆಟೀರಿಯಲ್": ಆಕಾರ ಮೆಮೊರಿ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳ ಆಯಾಸ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ನಡವಳಿಕೆ

ಶೇಪ್ ಮೆಮೊರಿ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳು (SMA ಗಳು) ಥರ್ಮೋಮೆಕಾನಿಕಲ್ ಪ್ರಚೋದಕಗಳಿಗೆ ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ವಿರೂಪ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಥರ್ಮೋಮೆಕಾನಿಕಲ್ ಪ್ರಚೋದನೆಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ, ಸ್ಥಳಾಂತರ, ಘನದಿಂದ ಘನ ರೂಪಾಂತರ, ಇತ್ಯಾದಿಗಳಿಂದ ಹುಟ್ಟಿಕೊಂಡಿವೆ. ಪುನರಾವರ್ತಿತ ಆವರ್ತಕ ಹಂತದ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳು ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಕ್ರಮೇಣ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ರೂಪಾಂತರಗೊಳ್ಳದ ಪ್ರದೇಶಗಳು SMA ಯ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ (ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಆಯಾಸ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ) ಮತ್ತು ಮೈಕ್ರೊಕ್ರ್ಯಾಕ್‌ಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಸಂಖ್ಯೆಯು ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾದಾಗ ಅಂತಿಮವಾಗಿ ದೈಹಿಕ ವೈಫಲ್ಯಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ನಿಸ್ಸಂಶಯವಾಗಿ, ಈ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳ ಆಯಾಸದ ಜೀವನ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು, ದುಬಾರಿ ಘಟಕಗಳ ಸ್ಕ್ರ್ಯಾಪ್ನ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುವುದು ಮತ್ತು ವಸ್ತು ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಮತ್ತು ಉತ್ಪನ್ನ ವಿನ್ಯಾಸ ಚಕ್ರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ದೊಡ್ಡ ಆರ್ಥಿಕ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಥರ್ಮೋ-ಮೆಕ್ಯಾನಿಕಲ್ ಆಯಾಸವನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಪರಿಶೋಧಿಸಲಾಗಿಲ್ಲ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಥರ್ಮೋ-ಮೆಕ್ಯಾನಿಕಲ್ ಚಕ್ರಗಳ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಆಯಾಸ ಬಿರುಕು ಪ್ರಸರಣದ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಕೊರತೆ. ಬಯೋಮೆಡಿಸಿನ್‌ನಲ್ಲಿ SMA ಯ ಆರಂಭಿಕ ಅನುಷ್ಠಾನದಲ್ಲಿ, ಆಯಾಸ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಗಮನವು ಆವರ್ತಕ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಹೊರೆಗಳ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ "ದೋಷ-ಮುಕ್ತ" ಮಾದರಿಗಳ ಒಟ್ಟು ಜೀವನವಾಗಿತ್ತು. ಸಣ್ಣ SMA ರೇಖಾಗಣಿತದ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ, ಆಯಾಸ ಬಿರುಕು ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ಜೀವನದ ಮೇಲೆ ಕಡಿಮೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಅದರ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಬದಲು ಬಿರುಕು ಪ್ರಾರಂಭವನ್ನು ತಡೆಗಟ್ಟುವಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತದೆ; ಚಾಲನೆ, ಕಂಪನ ಕಡಿತ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ, ತ್ವರಿತವಾಗಿ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆಯುವುದು ಅವಶ್ಯಕ. SMA ಘಟಕಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ವೈಫಲ್ಯದ ಮೊದಲು ಗಮನಾರ್ಹವಾದ ಬಿರುಕು ಪ್ರಸರಣವನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಅಗತ್ಯ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹತೆ ಮತ್ತು ಸುರಕ್ಷತೆಯ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಲು, ಹಾನಿ ಸಹಿಷ್ಣುತೆಯ ವಿಧಾನದ ಮೂಲಕ ಆಯಾಸ ಬಿರುಕು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಮತ್ತು ಪ್ರಮಾಣೀಕರಿಸುವುದು ಅವಶ್ಯಕ. SMA ನಲ್ಲಿ ಮುರಿತ ಯಂತ್ರಶಾಸ್ತ್ರದ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಹಾನಿ ಸಹಿಷ್ಣುತೆಯ ವಿಧಾನಗಳ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಸರಳವಾಗಿಲ್ಲ. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ರಚನಾತ್ಮಕ ಲೋಹಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ರಿವರ್ಸಿಬಲ್ ಹಂತದ ಪರಿವರ್ತನೆ ಮತ್ತು ಥರ್ಮೋ-ಮೆಕ್ಯಾನಿಕಲ್ ಜೋಡಣೆಯ ಅಸ್ತಿತ್ವವು SMA ಯ ಆಯಾಸ ಮತ್ತು ಓವರ್‌ಲೋಡ್ ಮುರಿತವನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ವಿವರಿಸಲು ಹೊಸ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಒಡ್ಡುತ್ತದೆ.

ಯುನೈಟೆಡ್ ಸ್ಟೇಟ್ಸ್‌ನ ಟೆಕ್ಸಾಸ್ A&M ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯದ ಸಂಶೋಧಕರು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ Ni50.3Ti29.7Hf20 ಸೂಪರ್‌ಲಾಯ್‌ನಲ್ಲಿ ಶುದ್ಧ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಮತ್ತು ಚಾಲಿತ ಆಯಾಸ ಬಿರುಕು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದರು ಮತ್ತು ಆಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿಸಲು ಬಳಸಬಹುದಾದ ಸಮಗ್ರ-ಆಧಾರಿತ ಪ್ಯಾರಿಸ್-ಮಾದರಿಯ ಪವರ್ ಕಾನೂನು ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಒಂದೇ ಪ್ಯಾರಾಮೀಟರ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳವಣಿಗೆ ದರವನ್ನು ಬಿರುಕುಗೊಳಿಸಿ. ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರದೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ವಿಭಿನ್ನ ಲೋಡಿಂಗ್ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳು ಮತ್ತು ಜ್ಯಾಮಿತೀಯ ಸಂರಚನೆಗಳ ನಡುವೆ ಅಳವಡಿಸಬಹುದಾಗಿದೆ ಎಂದು ಇದರಿಂದ ಊಹಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದನ್ನು SMA ಗಳಲ್ಲಿ ವಿರೂಪತೆಯ ಬಿರುಕು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಸಂಭಾವ್ಯ ಏಕೀಕೃತ ವಿವರಣೆಯಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು. "ಆಕಾರದ ಮೆಮೊರಿ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಮತ್ತು ಕ್ರಿಯಾಶೀಲ ಆಯಾಸ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಏಕೀಕೃತ ವಿವರಣೆ" ಶೀರ್ಷಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿತ ಕಾಗದವನ್ನು ಆಕ್ಟಾ ಮೆಟೀರಿಯಾದಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಪೇಪರ್ ಲಿಂಕ್:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155

Ni50.3Ti29.7Hf20 ಮಿಶ್ರಲೋಹವನ್ನು 180℃ ನಲ್ಲಿ ಏಕಾಕ್ಷೀಯ ಕರ್ಷಕ ಪರೀಕ್ಷೆಗೆ ಒಳಪಡಿಸಿದಾಗ, ಲೋಡಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಆಸ್ಟೆನೈಟ್ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಸ್ಥಿತಿಸ್ಥಾಪಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ವಿರೂಪಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಯಂಗ್‌ನ ಮಾಡ್ಯುಲಸ್ ಸುಮಾರು 90GPa ಆಗಿದೆ ಎಂದು ಅಧ್ಯಯನವು ಕಂಡುಹಿಡಿದಿದೆ. ಒತ್ತಡವು ಸುಮಾರು 300MPa ತಲುಪಿದಾಗ ಧನಾತ್ಮಕ ಹಂತದ ರೂಪಾಂತರದ ಆರಂಭದಲ್ಲಿ, ಆಸ್ಟೆನೈಟ್ ಒತ್ತಡ-ಪ್ರೇರಿತ ಮಾರ್ಟೆನ್ಸೈಟ್ ಆಗಿ ರೂಪಾಂತರಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ; ಇಳಿಸುವಾಗ, ಒತ್ತಡ-ಪ್ರೇರಿತ ಮಾರ್ಟೆನ್‌ಸೈಟ್ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಸ್ಥಿತಿಸ್ಥಾಪಕ ವಿರೂಪಕ್ಕೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತದೆ, ಸುಮಾರು 60 GPa ಯಂಗ್‌ನ ಮಾಡ್ಯುಲಸ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ಮತ್ತೆ ಆಸ್ಟೆನೈಟ್‌ಗೆ ರೂಪಾಂತರಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಏಕೀಕರಣದ ಮೂಲಕ, ರಚನಾತ್ಮಕ ವಸ್ತುಗಳ ಆಯಾಸ ಬಿರುಕು ಬೆಳವಣಿಗೆ ದರವನ್ನು ಪ್ಯಾರಿಸ್-ಮಾದರಿಯ ಪವರ್ ಕಾನೂನು ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಗೆ ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿದೆ.
Fig.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 ನ BSE ಚಿತ್ರ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಆಕಾರ ಮೆಮೊರಿ ಮಿಶ್ರಲೋಹ ಮತ್ತು ಆಕ್ಸೈಡ್ ಕಣಗಳ ಗಾತ್ರ ವಿತರಣೆ
ಚಿತ್ರ 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 ನ TEM ಚಿತ್ರ 550℃×3h ನಲ್ಲಿ ಶಾಖ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯ ನಂತರ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಆಕಾರದ ಮೆಮೊರಿ ಮಿಶ್ರಲೋಹ
ಚಿತ್ರ 3 180℃ ನಲ್ಲಿ NiTiHf DCT ಮಾದರಿಯ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಆಯಾಸ ಬಿರುಕು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ J ಮತ್ತು da/dN ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ

ಈ ಲೇಖನದಲ್ಲಿನ ಪ್ರಯೋಗಗಳಲ್ಲಿ, ಈ ಸೂತ್ರವು ಎಲ್ಲಾ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಂದ ಆಯಾಸ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರದ ಡೇಟಾವನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದೇ ನಿಯತಾಂಕಗಳನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು ಎಂದು ಸಾಬೀತಾಗಿದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಕಾನೂನಿನ ಘಾತಾಂಕ m ಸುಮಾರು 2.2 ಆಗಿದೆ. ಆಯಾಸ ಮುರಿತದ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಪ್ರಸರಣ ಮತ್ತು ಡ್ರೈವಿಂಗ್ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಪ್ರಸರಣ ಎರಡೂ ಅರೆ-ಸೀಳು ಮುರಿತಗಳು ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈ ಹ್ಯಾಫ್ನಿಯಮ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ನ ಆಗಾಗ್ಗೆ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯು ಬಿರುಕು ಪ್ರಸರಣ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಉಲ್ಬಣಗೊಳಿಸಿದೆ. ಪಡೆದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಒಂದೇ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಕಾನೂನು ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯು ವ್ಯಾಪಕ ಶ್ರೇಣಿಯ ಲೋಡಿಂಗ್ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳು ಮತ್ತು ಜ್ಯಾಮಿತೀಯ ಸಂರಚನೆಗಳಲ್ಲಿ ಅಗತ್ಯವಾದ ಹೋಲಿಕೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಆಕಾರ ಮೆಮೊರಿ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳ ಥರ್ಮೋ-ಮೆಕಾನಿಕಲ್ ಆಯಾಸದ ಏಕೀಕೃತ ವಿವರಣೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಚಾಲನಾ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಂದಾಜು ಮಾಡುತ್ತದೆ.
Fig. 4 180℃ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಆಯಾಸ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಯೋಗದ ನಂತರ NiTiHf DCT ಮಾದರಿಯ ಮುರಿತದ SEM ಚಿತ್ರ
ಚಿತ್ರ 5 NiTiHf DCT ಮಾದರಿಯ ಮುರಿತ SEM ಚಿತ್ರ 250 N ನ ನಿರಂತರ ಪಕ್ಷಪಾತದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಆಯಾಸ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ಚಾಲನೆ ಮಾಡಿದ ನಂತರ

ಸಾರಾಂಶದಲ್ಲಿ, ಈ ಕಾಗದವು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ನಿಕಲ್-ಸಮೃದ್ಧ NiTiHf ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಆಕಾರದ ಮೆಮೊರಿ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳ ಮೇಲೆ ಶುದ್ಧ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಮತ್ತು ಡ್ರೈವಿಂಗ್ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸುತ್ತದೆ. ಸೈಕ್ಲಿಕ್ ಏಕೀಕರಣದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಪ್ಯಾರಿಸ್-ಮಾದರಿಯ ಪವರ್-ಲಾ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ಒಂದೇ ಪ್ಯಾರಾಮೀಟರ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ಪ್ರಯೋಗದ ಆಯಾಸ ಕ್ರ್ಯಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆ ದರವನ್ನು ಹೊಂದಿಸಲು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ.


ಪೋಸ್ಟ್ ಸಮಯ: ಸೆಪ್ಟೆಂಬರ್-07-2021