Med hjälp av datasimulering, Alberto Ferrari beräknade ett designförslag för en formminneslegering som behåller sin effektivitet under lång tid även vid höga temperaturer. Alexander Paulsen tillverkade den och bekräftade experimentellt förutsägelsen. Legeringen av titan, tantal och skandium är mer än bara en ny högtemperaturformad minneslegering. Snarare, forskargruppen från det tvärvetenskapliga centret för avancerad materialsimulering (Icams) och Institute for Materials vid Ruhr-Universität Bochum (RUB) har också visat hur teoretiska förutsägelser kan användas för att producera nya material snabbare. Gruppen publicerade sin rapport i tidningen Material för fysisk granskning från 21 oktober 2019. Deras arbete presenterades som ett redaktörsförslag.

Undvik den oönskade fasen

Formminneslegeringar kan återupprätta sin ursprungliga form efter deformation när temperaturen ändras. Detta fenomen är baserat på en transformation av kristallgitteret i vilket metallernas atomer är arrangerade. Forskare hänvisar till är fasomvandling. "Förutom de önskade faserna, det finns också andra som bildas permanent och avsevärt försvagar eller till och med helt förstör formminneeffekten, "förklarar Dr Jan Frenzel från Institute for Materials. Den så kallade omega-fasen sker vid en specifik temperatur, beroende på materialets sammansättning. Hittills, många formminneslegeringar för det höga temperaturintervallet skulle bara klara några få deformationer innan de blev oanvändbara när omega -fasen kom in.

Lovande formminneslegeringar för applikationer med hög temperatur är baserade på en blandning av titan och tantal. Genom att ändra proportionerna för dessa metaller i legeringen, forskare kan bestämma temperaturen vid vilken omega -fasen inträffar. "Dock, medan vi kan flytta denna temperatur uppåt, temperaturen för den önskade fasomvandlingen sänks tyvärr i processen, säger Jan Frenzel.

Blandning ändrar egenskaper

RUB -forskarna försökte i detalj förstå mekanismerna för omega -fasens början, för att hitta sätt att förbättra prestandan hos formminneslegeringar för högtemperaturområdet. För detta ändamål, Alberto Ferrari, Ph.D. forskare på Icams, beräknade stabiliteten för respektive faser som en funktion av temperaturen för olika kompositioner av titan och tantal. "Han kunde använda den för att bekräfta resultaten av experiment, "påpekar Dr Jutta Rogal från Icams.

I nästa steg, Alberto Ferrari simulerade små mängder av tredje element som läggs till formminneslegeringen av titan och tantal. Han valde kandidaterna enligt specifika kriterier, de ska till exempel vara så giftfria som möjligt. Det framkom att en blandning av några procent av skandium skulle behöva resultera i att legeringen fungerar länge även vid höga temperaturer. "Även om scandium tillhör de sällsynta jordarna och är, följaktligen, dyr, vi behöver bara väldigt lite av det, därför är det värt att använda det ändå, "förklarar Jan Frenzel.

Förutsägelsen är korrekt

Alexander Paulsen producerade sedan legeringen som Alberto Ferrari beräknade vid Institute for Materials och testade dess egenskaper i ett experiment:resultaten bekräftade beräkningarna. En mikroskopisk undersökning av proverna visade senare att även efter många deformationer fanns ingen omega -fas i legeringens kristallgitter. "Vi har därmed utökat vår grundläggande kunskap om titanbaserade formminneslegeringar och utvecklat möjliga nya högtemperaturformade minneslegeringar, "säger Jan Frenzel." Dessutom, det är fantastiskt att datasimuleringsprognoserna är så korrekta. "Eftersom produktionen av sådana legeringar är mycket komplex, genomförandet av datorstödda designförslag för nya material lovar mycket snabbare framgång.