Легирование и кристаллизация из аморфного состояния как новый способ улучшения стабильности функциональных свойств сплавов на основе TiNi с памятью формы

Проект направлен на решение проблемы повышения стабильности функциональных свойств сплавов с памятью формы на основе TiNi при термо- или механоциклировании. Сплавы с эффектом памяти формы на основе TiNi находят применение в качестве датчиков и силовых приводов благодаря своим уникальным свойствам, однако широкое применение этих материалов сдерживается низкой стабильностью их функциональных свойств. По этой причине большие усилия ученых в области физического материаловедения направлены на разработку способов повышения функциональной стабильности свойств сплавов с памятью формы на основе TiNi. Ранее, в предварительных экспериментах, авторами было обнаружено, что сплав Ti40,7Hf9,5Ni44,8Cu5 с памятью формы после кристаллизации из аморфного состояния демонстрировал исключительно высокую стабильность параметров мартенситного превращения при термоциклировании. Можно предположить, что столь выдающиеся свойства сплава обусловлены двумя факторами. Во-первых, твердорастворным упрочнением за счет легирования никелида титана гафнием и медью. Во-вторых, особой ультрамелкозернистой структурой, формирующейся при кристаллизации аморфного сплава. Однако влияние этих факторов на стабильность функциональных свойств сплавов с памятью формы не установлено. Вместе с тем, понимание комбинированного влияния особой структуры закристаллизованного сплава и дефектов замещения, образующихся при легировании, на свойства сплавов на основе TiNi позволило бы разработать новый подход к синтезу сплавов с памятью формы демонстрирующих стабильные функциональные свойства. В связи с этим, целью настоящей работы явилось исследование функциональной стабильности сплавов Ti-Hf-Ni-Cu с памятью формы при повторяющихся мартенситных превращениях в различных режимах и определение физических факторов, ответственных за их стабильное поведение. Для того, чтобы выявить роль особой структуры, создаваемой при кристаллизации из аморфного состояния, в формировании свойств сплава предполагается изучить сплав Ti40,7Hf9,5Ni44,8Cu5 в трех состояниях: крупнозернистом, ультрамелкозернистом, полученном путем интенсивной пластической деформации и отжига, и ультрамелкозернистом, полученном при кристаллизации из аморфного состояния. Такой подход позволит установить влияние способа формирования ультрамелкозернистого состояния на стабильность мартенситных превращений и функциональных свойства сплава при термоциклах. Для того чтобы исследовать влияние концентрации легирующих элементов на стабильность мартенситных переходов будут исследованы мартенситные превращения и функциональные свойства при термоциклировании новых сплавов Ti50,2-xHfxNi49,8-yCuy, где x = 1 и 9.5 ат. %, а y = 1, 5 и 10 ат.%. В результате будет определен оптимальный химический состав сплава Ti50,2-xHfxNi49,8-yCuy (x = 1 и 9.5 ат. %, и y = 1, 5 и 10 ат.%) и его структурное состояние, обеспечивающее наилучшую стабильность параметров мартенситных переходов. В таком сплаве будут исследованы стабильность функциональных свойств при термо- и механоциклировании (изменение деформации при многократных охлаждениях и нагреваниях под постоянной нагрузкой и при механоциклировании в режиме псевдоупругости). Результаты, полученные в проекте, позволят сформулировать общие рекомендации для создания сплавов с памятью формы, проявляющих высокую функциональную стабильность для их применения в устройствах многократного действия. Актуальность решения поставленной проблемы заключается в том, что сплавы с памятью формы, демонстрирующие высокую стабильность функциональных свойств при термо- или механоциклировании, очень востребованы для многократных приводов и датчиков в технике и медицине. Научная новизна проекта заключается в том, что будут установлены ранее неизвестные взаимосвязи между стабильностью функциональных свойств сплавов Ti-Hf-Ni-Cu с памятью формы и особенностями их структуры и впервые будут определены физические факторы, ответственные за стабильное функциональное поведение таких сплавов.