Antes de que comience este artículo, se introducen dos términos de Ciencia de materiales: aleación de memoria de forma y material funcional gradiente. Las aleaciones de memoria de forma se refieren a las aleaciones con efectos de memoria de forma, que tienen una amplia gama de aplicaciones en el campo médico clínico y en el campo. Por ejemplo, las enormes antenas de los satélites artificiales se pueden hacer de aleación de memoria. antes de lanzar los satélites artificiales, las antenas parabólicas se pliegan para instalarlas en el satélite. después de que el cohete despega y envía los satélites artificiales a la órbita predeterminada, solo hay que calentarlos. las antenas parabólicas plegables se despliegan naturalmente debido a su función de "memoria" Para restaurar la forma de la parábola.

(imagen de la red)

Por su parte, los materiales funcionales de gradiente se refieren a un nuevo tipo de material que presenta cambios continuos de gradiente en su composición o estructura, y su diseño requiere cambios en la posición interna de las piezas aleatorias de función y rendimiento, optimizando así el rendimiento general. Por ejemplo, los huesos de los animales son una estructura gradiente, con una tenacidad externa y un interior suelto y poroso.

(imagen de la red)

Si la aleación NITI tiene las características dobles de la estructura de gradiente funcional y las propiedades de memoria de forma, promoverá en gran medida su amplia aplicación como componente inteligente. Yang yang, de la Universidad Tecnológica de guangdong, y otros hicieron que la aleación de memoria de forma NITI obtuviera una función de gradiente a través de un tratamiento láser repetido para ampliar el rango de transformación de fase Martensita con el fin de mejorar la controlabilidad de la aleación de memoria de forma. Debido al complejo mecanismo de acoplamiento entre la microestructura y la función de gradiente, en este estudio, los investigadores caracterizaron en detalle las características del gradiente microestructural con la ayuda de la microcirugía de rayos X de precisión Sanying (serie nanovoxel - 3000); Al mismo tiempo, las propiedades mecánicas y las funciones de gradiente se evaluaron a través de pruebas de deformación circular y dureza, se analizó la influencia de los parámetros de procesamiento en su microestructura, propiedades y mecanismos de fractura, y finalmente se discutieron métodos propicios para el diseño de aleaciones de NITI gradiente con propiedades potencialmente complejas. Este trabajo proporciona un método novedoso y eficaz para la fabricación de aleaciones de NITI graduadas tridimensionales, que pueden realizar diseños estructurales complejos para satisfacer las propiedades funcionales deseadas en diferentes campos.

Micro - CT nanovoxel - 3000 de precisión Sanying

La estrategia de procesamiento láser repetido utilizada se puede dividir en dos pasos. El primer paso (véase la figura 1b) implica el escaneo láser inicial, y los valores de potencia láser cambian gradualmente de 10w a 91w. El segundo paso (véase la figura 1c) es repetir el paso de escaneo láser por segunda vez, que utiliza una potencia láser constante de 60W para volver a derretir la misma capa. La figura 1 muestra un diagrama esquemático y un mapa físico de la muestra de una estrategia de mecanizado láser repetida para la fabricación de una aleación gradiente niti.

Las pruebas no destructivas de TC microscópica (ndt) pueden probar la morfología externa y los defectos internos de las muestras. Las muestras de estiramiento se escanearon con el sistema nanovoxel - 3000, lo que limita la realización de una mayor resolución de la imagen, teniendo en cuenta que la longitud de medición de las muestras de estiramiento es de 20 mm, por lo que el experimento dividió las muestras en cinco Partes y las escaneó una por una para garantizar una mejor calidad de imagen. En estas condiciones, el voltaje y la corriente de la fuente de rayos X se establecen en 150 kV y 40 μa, respectivamente, y el tiempo de exposición es de 0,4 S. para garantizar que la muestra siempre esté en el campo de visión durante la tomografía computarizada microscópica, la resolución se establece en 3 micras, la reconstrucción de la imagen se completa con El software, y finalmente la estructura tridimensional (3d) de la muestra se reconstruye aún más con el software avizo.

Las cinco imágenes de la figura 2 son una reconstrucción tridimensional continua de cada muestra de tracción a lo largo de la dirección del gradiente. Por conveniencia, cinco Partes consecutivas de la imagen mostrada en la figura 2Son las partes i, ii, iii, IV y V (como se muestra en la figura 1d). Para cada imagen en la figura 2, la Potencia láser inicial aumenta de abajo hacia arriba. En la figura 2a, el sistema de coordenadas definido por bd y GD está claramente marcado con flechas rojas. El ancho del gradiente de 0,4 mm se muestra claramente en la figura 2d. Cabe señalar que la rugosidad de la superficie de diferentes partes varía según las condiciones de tratamiento. Para las áreas de gradiente fabricadas a una potencia láser más alta en la figura 2e, estas superficies son más lisas que las fabricadas a una potencia láser relativamente baja (figuras 2A y b).

Figura 2 reconstrucción tridimensional continua de cinco muestras de tracción en la dirección del gradiente

Los píxeles verdes de la figura 3 representan la morfología correspondiente de los defectos internos tridimensionales en cinco partes, cada uno con sus diferencias. La figura 3 muestra los cambios en la morfología, distribución y fracción de volumen de los defectos a lo largo de la dirección del gradiente. En concreto, la parte I que se muestra en la figura 3A corresponde a una región de gradiente de 10w + 60W a 25w + 60w, con formas irregulares de defectos. En las secciones transversales del plano TD - GD (figura 4a) y el plano TD - BD (figura 4c), estas irregularidades son defectos planos y también se estiran en las direcciones TD y GD entre las capas apiladas. Teniendo en cuenta que la muestra mostrada en la figura 3A corresponde a una potencia láser inicial más baja, estos defectos se deben a una entrada insuficiente de energía láser durante el escaneo inicial, aunque la entrada total de energía láser es lo suficientemente alta. Con el aumento de la Potencia láser inicial, la fracción de volumen de defectos de 27w + 60W a 41w + 60W en la región de gradiente correspondiente a la parte II de la Figura 3B es menor que en la parte I (0,74% se muestra en la figura 5). La parte iii, que se muestra en la figura 3c y corresponde a una potencia láser moderada, sí contiene un mínimo de defectos (0,09% en la figura 5). Los defectos en las áreas de gradiente correspondientes a la mayor potencia láser en las figuras 3C y d son diferentes de otros defectos *. Para la parte IV en la figura 3D y la parte V en la figura 3e, la geometría del defecto se reduce y es esférica. Este defecto se llama "agujero de bloqueo" en metales fabricados por fusión láser selectiva (slm) y generalmente está relacionado con una entrada excesiva de Potencia láser. Curiosamente, la distribución de defectos esféricos muestra un fenómeno de estratificación en comparación con la situación en la que la Potencia láser en la zona inferior de la figura 3D es relativamente baja y la estratificación no es tan grave. Los defectos del agujero de bloqueo desaparecen casi en el límite de la región de gradiente adyacente, y la región de fusión corresponde a una potencia láser relativamente baja. Por lo tanto, se puede considerar que el defecto del agujero de bloqueo se debe a una piscina de fusión sobrecalentada por la Potencia láser.

Figura 3 reconstrucción tridimensional de los resultados de escaneo de cinco muestras de tracción, revelando defectos internos en diferentes partes de cinco Partes

De acuerdo con los resultados de la tomografía computarizada microscópica, se realizó un análisis estadístico del tamaño de todos los defectos. Las dimensiones de los tres defectos se toman como ejemplo en las figuras 4b y 4d. La longitud media del defecto en la figura 4c es de aproximadamente 0,21 mm, y la longitud media del defecto en la figura 4D es de aproximadamente 0,04 mm. por lo tanto, el defecto plano irregular formado a baja potencia es casi 10 veces mayor que el defecto del agujero de bloqueo formado a alta potencia. Al mismo tiempo, se analizaron las puntuaciones de volumen de defectos en las cinco partes. El histograma de la figura 5 muestra cambios en la fracción de volumen de defectos en diferentes partes. La fracción de volumen de la parte I fue del 2,84% y la parte V del 7,09%. La fracción de volumen de defectos de la parte III se preparó entre 43w y 59w, hasta el 0,09%. Esto sugiere que es aconsejable fabricar aleaciones NITI con una entrada de energía láser moderada para formar un número mínimo de defectos internos.

Figura 5 fracción de volumen de defectos de muestras de gradiente funcional

Los resultados de la reconstrucción de la tomografía computarizada se muestran en las figuras 3 y 4, y la morfología externa y los defectos internos de la muestra graduada varían con la Potencia láser inicial del primer paso. A una potencia láser inicial más baja, se forman defectos irregulares en superficies ásperas y planos situados entre capas. Pero cuando la entrada de potencia láser es demasiado grande, se forman defectos en la superficie lisa y el agujero de bloqueo esférico. En comparación con ellos, la microestructura correspondiente a la Potencia láser inicial media (43w - 59w) hace que la superficie sea relativamente lisa y que los defectos sean mínimos, como se muestra en la figura 2c. Teniendo en cuenta los defectos internos mostrados en la figura 6, la baja potencia del primer paso del escaneo láser ha provocado una gran cantidad de defectos irregulares que se pueden eliminar parcialmente mediante el escaneo láser repetido, como se muestra en la figura 6d. Pero la entrada excesiva de la Potencia láser, como el escaneo láser inicial con una potencia constante de 60W y el escaneo láser secundario de 60w, por un lado, promueve la formación de la fase b19 'y, por otro lado, conduce a la formación de más agujeros de bloqueo. Por lo tanto, sabemos que los pasos de escaneo láser primero y segundo son muy importantes. Estos hechos sugieren que debemos evitar usar una baja potencia láser por debajo de 30w durante el primer escaneo, ya que esto causará demasiados defectos irregulares. Sin embargo, una vez que la Potencia láser inicial es superior a 60w, la Potencia láser secundaria no debe ser demasiado alta para evitar la formación de agujeros de bloqueo.

La tomografía computarizada microscópica de alta resolución escanea la aleación de memoria NITI con función de gradiente, visualiza su apariencia, morfología y defectos internos sin daños, combina otros medios de análisis para revelar el mecanismo de formación de defectos, proporciona sugerencias orientadoras para las condiciones de selección de métodos de tratamiento láser repetidos y es un medio de prueba para estudiar la aleación de Memoria NITI con función de gradiente *.