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Boko Park-Ciencia popular: la Dra. Ashley Bucsek, primera autora de estos tres artículos y ahora investigadora postdoctoral en la Universidad de Minnesota, dijo: Sin embargo, esto no coincide con su impacto técnico: en estos 20.000 de las patentes de SMA, solo un número limitado se han materializado como productos comercialmente viables. Al igual que con muchos otros materiales avanzados, se necesitan décadas desde el desarrollo hasta la realización. Una de las razones de esta brecha entre el desarrollo y la implementación es que los investigadores en realidad utilizan técnicas de microscopía tradicionales para raspar superficies, mientras que la mayoría de los mecanismos microscópicos en las SMA son tridimensionales, están fuera del plano y están internamente restringidos. Para cerrar esta brecha, Bucsek y sus colegas pusieron NiTi, el SMA más utilizado y disponible, bajo el microscopio 3D más potente de la Fuente de Luz Sincrotrón de Alta Energía de Cornell (CHESS) en la Universidad de Cornell en el norte del estado de Nueva York.
Específicamente, utilizando microscopía de difracción de alta energía (HEDM) de campo cercano y campo lejano, que se incluye dentro del ámbito de la tecnología de difracción de rayos X tridimensional, puede visualizar tridimensionalmente la microestructura interna. de materiales, cuyas respuestas son en tiempo real. Aunque HEDM se ha desarrollado internacionalmente y en otros campos de sincrotrón durante más de diez años, básicamente no existen procesos de materiales avanzados que utilicen HEDM para estudiar mezclas de fases de baja simetría y grandes diferencias de tamaño de cristales. Por lo tanto, los tres experimentos requirieron el desarrollo de nuevas técnicas experimentales, de análisis y visualización de datos para extraer la información requerida. Muchos de los resultados son sorprendentes y arrojan luz sobre décadas de debate en el campo de la micromecánica de SMA. En los SMA, la fase "austenita" normalmente altamente simétrica es estable a altas temperaturas, pero cambia a la fase "martensita" menos simétrica si se aplica suficiente tensión o se reduce la temperatura.
El primer artículo "Medición de la microestructura de martensita inducida por estrés mediante microscopía de difracción de alta energía de campo lejano" se publicó en "Acta Crystallographica A: Fundamentals and Progress", con el objetivo de predecir los cambios específicos de martensita. Utilizando este método, se descubrió que la microestructura martensítica en los SMA viola gravemente las predicciones del estándar de procesamiento de deformación máxima, lo que sugiere la aplicación del estándar de procesamiento de deformación máxima ampliamente aceptado para situaciones en las que los SMA pueden tener características y defectos microestructurales de grado de ingeniería. se requiere. El segundo experimento estudia el reordenamiento gemelo inducido por carga, o reorientación de martensita, que es un mecanismo de deformación reversible. A través de este mecanismo, el material puede soportar grandes cargas y deformaciones sin sufrir daños por reordenamientos de macla de cristales. En la zona de deformación macroscópica, se producen una serie de mecanismos microscópicos específicos de reordenamiento de gemelos a medida que se propagan en la microestructura.
Los resultados muestran que la localización de la deformación en estas bandas conduce a una flexión de la red de hasta 15 grados, lo cual es importante para maximizar la deformación elástica, la tensión de corte resuelta y el reordenamiento de macla. Estos hallazgos guiarán a los futuros investigadores en el uso de reordenamientos gemelos en nuevas tecnologías multiferroicas. La actuación de estado sólido es una de las aplicaciones más importantes de los SMA, con aplicaciones en muchos sistemas nanoelectromecánicos y microelectromecánicos, sistemas de actuación biomédicos, de amortiguación activa y aeroespaciales. El objetivo del experimento final es el fenómeno especial de límite de grano de alto ángulo en los granos de austenita bajo la acción de SMA. Durante el accionamiento, bajo carga constante, el SMA se calienta, enfría y recalienta para inducir la transformación de austenita a martensita y nuevamente a austenita.
Se observó bajo el microscopio electrónico que la austenita rotará mucho cuando se recaliente la muestra, lo que no favorece el rendimiento del trabajo ni la fatiga.
Sin embargo, debido al pequeño tamaño de muestra requerido para la microscopía electrónica, estas rotaciones observadas son muy inconsistentes, aparecen bajo las mismas condiciones de carga pero no más tarde, o aparecen después de unos pocos ciclos pero no miles de. No aparece después del bucle. Los resultados muestran que, en condiciones suaves, la rotación de estas partículas sólo puede ocurrir en un ciclo. Pero debido a su pequeño tamaño, la dispersión rotacional es desigual y se necesita un volumen para observarlos. La investigación de Bucksek fue financiada por una beca de investigación para graduados de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), y su asesor de doctorado y coautor Aaron Taibner, profesor asociado de ingeniería mecánica en Rawlinson Mining, recibió un premio NSF Career Award 2015. La financiación adicional necesaria para analizar los datos con computadoras de alto rendimiento proviene del proyecto NSF XSEDE. El trabajo de tesis del Dr. Baksek documentado en estos artículos demuestra la importancia de utilizar la tecnología 3D para estudiar la estructura 3D de los materiales.
Esta fue la primera vez que pudo observar y comprender este mecanismo que había sido planteado como hipótesis y debatido durante más de 50 años. Como ocurre con la mayoría de las tecnologías, la mayor barrera para la adopción de nuevos materiales es el miedo a lo desconocido. Sin duda, esta conciencia conducirá a una mayor aceptación y aplicación de estos increíbles materiales, ya que aumenta nuestra confianza en el desarrollo de certificados y materiales calificados. La Fundación Nacional de Ciencias también proporciona el funcionamiento de la fuente de luz sincrotrón de alta energía de Cornell para mediciones de microscopía de rayos X. El científico Darren Pagan dijo: En su trabajo de tesis, la Dra. Baksek desarrolló un método nuevo y creativo para aplicar el método HEDM al estudio de sistemas de aleaciones con memoria de forma y superar los desafíos asociados con el procesamiento de datos y los desafíos relacionados con la interpretación, lo que lleva a nuevos. ¡Conocimientos sobre la micromecánica de la deformación de aleaciones con memoria de forma!
Boko Park-Popular Science|Investigación/De: Escuela de Minas de Colorado
Referencias: Materials Letters, Journal of Solid Mechanics and Physics, Journal of Crystallography.
DOI: 10.1016/j .script Amat 2018.11.043
DOI: 10.1016/jmps 2018.12.003
DOI: 10.1107/205327331800880 x.
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