در زمینههای پیشرفته-مانند هوافضا و اکتشافات فضا، مواد باید تعادل دقیقی بین طراحی سبک وزن، کامل بودن عملکرد و تحمل نوسانات شدید حرارتی داشته باشند. آلیاژهای حافظه دار به دلیل استحکام عالی، چقرمگی و پتانسیل بازیابی کرنش، مدتها به عنوان سیستمهای مواد بسیار امیدوارکننده در نظر گرفته میشوند. در فوریه 2025، تیم تحقیقاتی به رهبری ریوسوکه کاینوما در دانشگاه توهوکو در ژاپن، با همکاری محققان بینالمللی، آلیاژی مبتنی بر تیتانیوم-آلومینیوم-کروم- را با موفقیت ساختند. این ماده استحکام بسیار{8}بالا، چقرمگی عالی و سازگاری را در طیف وسیعی از دما ترکیب میکند و بهطور گسترده در صنعت بهعنوان یک معیار فناوری برای نسل بعدی آلیاژهای تیتانیوم در نظر گرفته میشود. مقایسه محدوده دمایی فوق الاستیک و خواص سبک وزنی در شکل 1 نشان داده شده است.
1. طراحی جدید ترکیب آلیاژی با استحکام بالا-سبک
با وارد کردن عناصر سبک وزن آلومینیوم (Al) و کروم (Cr) در ماتریس تیتانیوم (Ti)، آلیاژی با ترکیب Ti-20Al-4.75Cr (درصد اتمی) ساخته شد. این آلیاژ دارای چگالی کم (4.36 × 10³ kg/m³) و استحکام ویژه بالا تا 185 × 10³ Pa·m³/kg است که به طور قابل توجهی بهتر از آلیاژهای مبتنی بر Ti{7}}Nb معمولی و آلیاژهای تجاری Ni-Ti است و در عین حال ویژگیهای تمام سبک تیتانیوم را حفظ میکند. خواص فوق الاستیک نزدیک<110>آلیاژهای تک-بلور Ti-Al-کروم در شکل 2 نشان داده شده است.
2. عملکرد فوق الاستیک در محدوده دمایی بسیار وسیع
آلیاژهای حافظه شکل مبتنی بر تیتانیوم-آلومینیوم-کروم- فوق الاستیسیته کاملاً قابل بازیافت را در محدوده دمایی شدید از 4.2 K (نزدیک به صفر مطلق) تا 400 K (حدود 127 درجه) نشان میدهند، که دامنه دمای عملیاتی 396 کلوین را پوشش میدهد که تقریباً بیش از 5 برابر NiT{7} کلوین است. 273-353 K). این مشخصه به مسئله شکست سوپرالاستیک در آلیاژهای حافظه دار شکل معمولی در دماهای پایین یا بالا می پردازد.
3. دمای غیرعادی{1}}مکانیسم تنش تبدیل فاز وابسته
وابستگی غیرعادی به دمای تنش بحرانی برای تبدیل فاز برای اولین بار در آلیاژهای غیر مغناطیسی Ti{1}: در دماهای پایین (<200 K), the critical stress increases as the temperature decreases. This phenomenon is revealed through lattice dynamics analysis and is attributed to the significant increase in the shear modulus (C') of the parent phase (B2 structure) at low temperatures, which enhances the lattice's resistance to shear deformation, thereby broadening the temperature range for superelasticity.
4. مقاومت بالا در برابر فشار و خستگی قابل بازیافت
این آلیاژ دارای کرنش قابل بازیافت 7.3% در دمای اتاق است، نزدیک به آلیاژهای تجاری Ni-Ti (~8%)، که بیش از دو برابر آلیاژهای معمولی مبتنی بر Ti-Nb- است.<3%). Moreover, it maintains stable superelasticity even after 200 loading-unloading cycles, demonstrating excellent functional fatigue resistance.
5. ساختار B2 و تقویت نانودامنه را سفارش داد
از طریق خاموش کردن سریع و چرخه حرارتی، فاز اصلی آلیاژ نانودامنههایی با ساختار B2 منظم (اندازه متوسط 15 نانومتر) تشکیل میدهد که با مرزهای فاز ضد{2} (APB) از هم جدا شدهاند. این نانوساختار منظم به طور موثری از لغزش نابجایی جلوگیری می کند، مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک را افزایش می دهد و در عین حال کرنش الاستیک بالایی را حفظ می کند.
