Huippuluokan{0}}aloilla, kuten ilmailu- ja avaruustutkimuksessa, materiaalien on saavutettava tarkka tasapaino kevyen suunnittelun, toiminnallisen täydellisyyden ja äärimmäisten lämmönvaihteluiden sietokyvyn välillä. Muotomuistiseoksia on pitkään pidetty erittäin lupaavina materiaalijärjestelminä niiden erinomaisen lujuuden, sitkeyden ja jännityksen palautumispotentiaalin ansiosta. Helmikuussa 2025 Ryosuke Kainuman johtama tutkimusryhmä Tohokun yliopistossa Japanissa yhteistyössä kansainvälisten tutkijoiden kanssa kehitti menestyksekkäästi titaani-alumiini-kromi-pohjaisen seoksen. Tässä materiaalissa yhdistyvät erittäin-suuri lujuus, erinomainen sitkeys ja sopeutuvuus laajalla lämpötila-alueella, ja sitä pidetään teollisuudessa laajalti teknisenä vertailukohtana seuraavan sukupolven titaaniseosille. Superelastisten lämpötila-alueiden ja keveysominaisuuksien vertailut on esitetty kuvassa 1.
1. Uuden kevyen, korkean -lujan metalliseoskoostumuksen suunnittelu
Lisäämällä kevyitä alkuaineita alumiinia (Al) ja kromia (Cr) titaanimatriisiin (Ti) kehitettiin seos, jonka koostumus oli Ti–20Al–4,75Cr (atomiprosenttia). Tällä seoksella on alhainen tiheys (4,36 × 10³ kg/m³) ja korkea ominaislujuus, jopa 185 × 10³ Pa·m³/kg, mikä ylittää huomattavasti perinteiset Ti-Nb-pohjaiset seokset ja kaupalliset Ni-Ti-seokset, säilyttäen samalla tiiniumin kevyet ominaisuudet. Lähellä olevan superelastiset ominaisuudet<110>Yksi-kiteinen Ti-Al-Cr-lejeeringit on esitetty kuvassa 2.
2. Ultra-laaja lämpötila-alue superelastinen suorituskyky
Titaani-alumiini-kromi--pohjaisilla muotomuistiseoksilla on täysin palautettavissa oleva superelastisuus äärimmäisellä lämpötila-alueella 4,2 K (lähes absoluuttista nollaa) 400 K (noin 127 astetta) ja kattaa 396 K:n käyttölämpötila-alueen, mikä on yli viisi kertaa kaupalliseen verrattuna. 273–353 K). Tämä ominaisuus käsittelee kysymystä superelastisesta epäonnistumisesta tavanomaisissa muotomuistiseoksissa matalissa tai korkeissa lämpötiloissa.
3. Epänormaali lämpötila-riippuvainen vaihemuutosstressimekanismi
Vaiheenmuutoksen kriittisen jännityksen epänormaali lämpötilariippuvuus havaittiin ensin ei--magneettisista Ti-pohjaisista seoksista: matalissa lämpötiloissa (<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. Korkea palautuva rasitus- ja väsymiskestävyys
Seoksen regeneroitavissa oleva jännitys on 7,3 % huoneenlämpötilassa, mikä on lähellä kaupallisten Ni-Ti-seosten (~8 %) arvoa, mikä on yli kaksinkertainen verrattuna tavanomaisiin Ti-Nb--pohjaisiin seoksiin (<3%). Moreover, it maintains stable superelasticity even after 200 loading-unloading cycles, demonstrating excellent functional fatigue resistance.
5. Tilattu B2-rakenteen ja nanodomeenin vahvistus
Nopean sammutuksen ja lämpösyklin avulla lejeeringin emofaasi muodostaa nanodomeeneja, joissa on järjestynyt B2-rakenne (keskimääräinen koko 15 nm), jotka erotetaan anti-faasirajoilla (APB). Tämä järjestetty nanorakenne estää tehokkaasti dislokaatioliukumista, parantaa plastisten muodonmuutosten vastustuskykyä säilyttäen samalla korkean elastisen jännityksen.
