Characterization and Optimization of the Two-Way Effect in Melt-spun NiTi-based Shape Memory Alloys

Titel in Übersetzung: Charakterisierung und Optimierung der Zweiweg-Effekt in schmelzgesponnenen NiTi-Basis Formgedächtnislegierungen

Kambiz Mehrabi

    Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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    Abstract

    Formgedächtnislegierungen werden bereits erfolgreich in einigen technischen Bereichen eingesetzt, z.B. Verbindungstechnik und Medizintechnik. In Hinkunft sind auch Anwendungen in der Mikrosensorik und Mikroaktorik angedacht. Für langfristige Anwendungen jedoch ist es sehr wichtig, die Stabilität der Formgedächtnis-Effekte besonders im Hinblick auf Größe und Umwandlungstemperaturen zu optimieren, da die Schalttemperaturen während der gesamten Lebensdauer eines Formgedächtniselementes konstant bleiben sollen. Der intrinsische Zweiweg-Effekt ist am besten zur Anwendung als Aktoren geeignet, da keine Rückstellkraft berücksichtigt werden muß. Um klein dimensionierte Formgedächtnisbauteile mit guten funktionellen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten, wurde die Technologie der Rascherstarrung verwendet, und zwar Schmelzspinnen und Splat-Kühlung. Rascherstarrung verändert die Mikrostruktur drastisch und kann Zähigkeit, Verformbarkeit und Formgedächtnis-Eigenschaften verbessern. In einem ersten Schritt wurden verschiedene Parameter wie Temperatur und Druck, Radgeschwindigkeit und Tiegelmaterial variiert, um duktile Bänder mit Formgedächtnis-Effekt zu erhalten. Die Abkühlraten beim Schmelzspinnen sind direkt proportional zur Raddrehzahl und umgekehrt proportional zum Quadrat der Banddicke. Der Einfluss der verschiedenen Parameter auf Mikrostruktur, Eigenschaften und Umwandlungstemperaturen wurde untersucht und mit den Ergebnissen der splat-gekühlten Proben verglichen. Als zweiter Schritt wurde der Einfluss von Kupfer (5-25 at.% Cu) und Wolfram (2 at.% W) auf das Gefüge und die funktionalen und mechanischen Eigenschaften von NiTi-Bändern erforscht. Bei allen Bändern treten Formgedächtniseffekte unmittelbar nach dem Schmelzspinnen auf ohne zusätzliche Wärmebehandlung. Das Spannung-Dehnungs-, Dehnung-Temperatur-, Spannung-Temperatur-Verhalten und die zyklischen Eigenschaften von verschiedenen Bändern wurden untersucht, um ein besseres Verständnis des Verhaltens von Formgedächtnislegierungen unter verschiedenen Testbedingungen zu erzielen. Der dritte Schritt zielte darauf ab, den Einfluss verschiedener thermomechanischer Trainingsmethoden auf den Zweiweg-Effekt (Größe und Stabilität) von Bändern zu studieren und in Korrelation zum Spannung-unterstützten Zweiweg-Effekt zu setzen, der von besonderem Interesse für Anwendungen ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die verschiedenen Trainingsmethoden in dieser Arbeit wirksam bei der Entwicklung eines technisch brauchbaren Zweiweg-Effekts waren. Schließlich ist es unerlässlich, die Stabilität des Zweiweg-Effekts gründlich zu untersuchen und zu optimieren. Mehrere tausend thermische Zyklen wurden an trainierten Proben durchgeführt und die Veränderungen des Effekts, des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften beobachtet. Im Raumen dieser Arbeit wurden Proben mit stabilen Formgedächtniseigenschaften hergestellt, welche z.B. als Mikrosensoren und Mikroaktoren verwendet werden könnten.
    Titel in ÜbersetzungCharakterisierung und Optimierung der Zweiweg-Effekt in schmelzgesponnenen NiTi-Basis Formgedächtnislegierungen
    OriginalspracheEnglisch
    QualifikationDr.mont.
    Betreuer/-in / Berater/-in
    • Kneißl, Albert, Beurteiler A (intern)
    • Anzel, Ivan, Beurteiler B (extern), Externe Person
    PublikationsstatusVeröffentlicht - 2011

    Bibliographische Notiz

    nicht gesperrt

    Schlagwörter

    • Formgedächtnislegierungen
    • NiTi-Basis Legierungen
    • Rascherstarrung
    • Schmelzspinnen
    • Zweiweg-Effekt

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