Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Влияние дислокационных и двойниковых структур на механические характеристики сплавов Ni–Mn–Ga на ультразвуковых частотах

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-28-36

Полный текст:

Аннотация

Магнитные сплавы с памятью формы являются особым подвидом материалов с эффектом памяти формы. Высокий исследовательский интерес к ним обусловлен явлением магнитодеформации. Так, в одном из наиболее перспективных сплавов на основе Ni–Mn–Ga при помощи магнитного поля возможно добиться изменения размера монокристалла до 10 % за счет переориентации магнитного поля в магнитных доменах. Высокая магнитная деформация напрямую связана с высокой подвижностью двойниковых границ, разделяющих два домена. В настоящей работе методом составного пьезоэлектрического осциллятора на частоте 100 кГц определено влияние дефектов, таких как дислокации и двойниковые границы, на механические характеристики Ni49Mn30Ga21. Исследованы особенности температурных зависимостей внутреннего трения в образцах до и после деформации, построены амплитудные зависимости данных характеристик. В изучаемой мартенситной фазе монокристалла обнаружен фазовый переход из тетрагональной фазы в орторомбическую при 235 К. В тетрагональной фазе Ni–Mn–Ga образование новых дефектов способствует более ярко выраженному и раннему началу амплитудно-зависимого внутреннего трения. При более низких нагрузках проходят последовательные стадии, связанные с процессами движения дислокаций и двойниковых границ внутри облаков Коттрелла, движения дислокаций и двойниковых границ вне облаков Коттрелла и, предположительно, торможения движения границ двойников и дислокаций за счет их взаимодействия. Наряду с внутренним трением исследовано изменение модуля Юнга. Его уменьшение при всех температурах наиболее выражено в образцах с дефектными структурами. Установлено, что в орторомбической фазе зависимость внутреннего трения от амплитуды деформации наблюдается при меньшей нагрузке благодаря увеличению подвижности двойниковых границ с ростом температуры.

Об авторах

Владимир Владимирович Каминский
Университет ИТМО, Санкт-Петербург
Россия

аспирант института перспективных систем передачи данных



Дмитрий Александрович Калганов
Университет ИТМО, Санкт-Петербург
Россия

магистрант института перспективных систем передачи данных



Екатерина Подлеснов
Университет ИТМО, Санкт-Петербург
Россия

аспирант института перспективных систем передачи данных



Алексей Евгеньевич Романов
Университет ИТМО, Санкт-Петербург
Россия

доктор физико-математических наук, профессор, профессор института перспективных систем передачи данных



Список литературы

1. Straka L., Heczko O., Seiner H., Lanska N., Drahokoupil J., Soroka A., Fahler S., Hanninen H., Sozinov A. Highly mobile twinned interface in 10 M modulated Ni-Mn-Ga martensite: Analysis beyond the tetragonal approximation of lattice // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. № 20. P. 7450 7463. DOI: 10.1016/j.actamat.2011.09.020.

2. Sozinov A., Likhachev A.A., Lanska N., Ullakko K. Giant magnetic-field-induced strain in NiMnGa seven-layered martensitic phase // Applied Physics Letters. 2002. Vol. 80. № 10. P. 1746 1748. DOI: 10.1063/1.1458075.

3. Acet M., Mañosa Ll., Planes A. Magnetic-field-induced effects in martensitic Heusler-based magnetic shape memory alloys // Handbook of magnetic materials. 2011. Vol. 19. № C. P. 231 289. DOI: 10.1016/B978-0-444-53780-5.00004-1.

4. Kustov S., Saren A., Sozinov A., Kaminskii V., Ullakko K. Ultrahigh damping and Young’s modulus softening due to a/b twins in 10M Ni-Mn-Ga martensite // Scripta Materialia. 2020. Vol. 178. P. 483 488. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.12.024.

5. Saren A., Sozinov A., Kustov S., Ullakko K. Stress-induced a/b compound twins redistribution in 10M Ni-Mn-Ga martensite // Scripta Materialia. 2020. Vol. 175. P. 11 15. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.09.001.

6. Kustov S., Saren A., D’Agosto B., Sapozhnikov K., Nikolaev V., Ullakko K. Transitory Ultrasonic Absorption in “Domain Engineered” Structures of 10 M Ni-Mn-Ga Martensite // Metals. 2021. Vol. 11. № 10. Article number 1505. DOI: 10.3390/met11101505.

7. Robinson W.H., Carpenter S.H., Tallon J.L. Piezoelectric method of determining torsional mechanical damping between 40 and 120 kHz // Journal of Applied Physics. 1974. Vol. 45. № 5. P. 1975 1981. DOI: 10.1063/1.1663533.

8. Kustov S., Golyandin S., Ichino A., Gremaud G. A new design of automated piezoelectric composite oscillator technique // Materials Science and Engineering: A. 2006. Vol. 442. № 1-2. P. 532 537. DOI: 10.1016/j.msea.2006.02.230.

9. Kaminskii V.V., Lyubimova Y.V., Romanov A.E. Probing of polycrystalline magnesium at ultrasonic frequencies by mechanical spectroscopy // Mater Physics and Mechanics. 2020. Vol. 44. № 1. P. 19–25. DOI: 10.18720/MPM.4412020_3.

10. Benito J.A., Manero J.M., Jorba J., Roca A. Change of Young’s modulus of cold-deformed pure iron in a tensile test // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2005. Vol. 36. № 12. P. 3317 3324. DOI: 10.1007/s11661-005-0006-6.

11. Lanska N., Soderberg O., Sozinov A., Ge Y., Ullakko K., Lindroos V.K. Composition and temperature dependence of the crystal structure of Ni–Mn–Ga alloys // Journal of Applied Physics. 2004. Vol. 95. № 12. P. 8074 8078. DOI: 10.1063/1.1748860.

12. Cesari E., Chernenko V.A., Kokorin V.V., Pons J., Segui C. Internal friction associated with the structural phase transformations in Ni-Mn-Ga alloys // Acta materialia. 1997. Vol. 45. № 3. P. 999 1004. DOI: 10.1016/S1359-6454(96)00244-3.

13. Chang S.H., Wu S.K. Low-frequency damping properties of near-stoichiometric Ni2MnGa shape memory alloys under isothermal conditions // Scripta Materialia. 2008. Vol. 59. № 10. P. 1039 1042. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2008.07.006.

14. Kustov S., Corró M.-L., Kaminskii V., Saren A., Sozinov A., Ullakko K. Elastic and anelastic phenomena related to eddy currents in cubic Ni2MnGa // Scripta Materialia. 2018. Vol. 147. P. 69 73. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.01.003.

15. Sapozhnikov K., Kustov B., Krymov V., Nikolaev V. Anelasticity of the martensitic phase of Ni55Fe18Ga27 single crystals in hyperstabilized and nonstabilized states // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 908. Article number 164528. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.164528.

16. Kustov S., Liubimova Iu., Salje E.K.H. LaAlO3: A substrate material with unusual ferroelastic properties // Applied Physics Letters. 2018. Vol. 112. № 4. Article number 042902. DOI: 10.1063/1.5017679.

17. Sapozhnikov K., Golyandin S., Kustov S., Van Humbeeck J., De Batist R. Motion of dislocations and interfaces during deformation of martensitic Cu–Al–Ni crystals // Acta materialia. 2000. Vol. 48. № 5. P. 1141 1151. DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00374-2.

18. Kustov S., Sapozhnikov K., Wang X. Phenomena associated with diffusion, assisted by moving interfaces in shape memory alloys: A review of our earlier studies // Functional Materials Letters. 2017. Vol. 10. № 1. Article number 1740010. DOI: 10.1142/S1793604717400100.

19. Heczko O., Straka L., Seiner H. Different microstructures of mobile twin boundaries in 10 M modulated Ni-Mn-Ga martensite // Acta materialia. 2013. Vol. 61. № 2. P. 622 631. DOI: 10.1016/j.actamat.2012.10.007.

20. Sozinov A., Likhachev A.A., Lanska N., Söderberg O., Ullakko K., Lindroos V.K. Stress-and magnetic-field-induced variant rearrangement in Ni–Mn–Ga single crystals with seven-layered martensitic structure // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 378. № 1-2. P. 399 402. DOI: 10.1016/j.msea.2003.10.365.

21. L’vov V.A., Glavatska N., Aaltio I., Söderberg O., Glavatskyy I., Hannula S.-P. The role of anisotropic thermal expansion of shape memory alloys in their functional properties // Acta materialia. 2009. Vol. 57. № 18. P. 5605 5612. DOI: 10.1016/j.actamat.2009.07.058.

22. Лебедев А.Б., Кустов С.Б., Кардашев Б.К. О внутреннем трении и дефекте модуля Юнга в процессе деформирования кристаллов // Физика твердого тела. 1992. Т. 34. № 9. С. 2915–2921.


Рецензия

Для цитирования:


Каминский В.В., Калганов Д.А., Подлеснов Е., Романов А.Е. Влияние дислокационных и двойниковых структур на механические характеристики сплавов Ni–Mn–Ga на ультразвуковых частотах. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):28-36. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-28-36

For citation:


Kaminskii V.V., Kalganov D.A., Podlesnov E., Romanov A.E. Influence of dislocation and twin structures on the mechanical characteristics of Ni–Mn–Ga alloys at ultrasonic frequencies. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):28-36. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-28-36

Просмотров: 58


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)