Випуски $\rightarrow$ Том 24, випуск 4 (2023)

Розробка високоентропійних стопів з пам’яттю форми: структура та властивості

Г. С. Фірстов$^{1}$, Ю. М. Коваль$^{1}$, В. С. Філатова$^{1}$, В. В. Односум$^{1}$, Г. Герштайн$^{2}$, Г. Ю. Майєр$^{2}$

$^1$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут матеріялознавства Університету ім. Ляйбніца у Ганновері, В університеті 2; 30823 Гарбзен, Німеччина

Отримано 01.12.2023; остаточна версія — 12.12.2023 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Серед функціональних матеріялів особливе місце займають стопи з пам’яттю форми. Після їх відкриття ці стопи привернули велику увагу через можливість відновлення значних величин деформації за певних умов температура–напруження завдяки мартенситному бездифузійному фазовому перетворенню, яке відбувається у процесі. Вдалося використати не тільки так звану «пам’ять форми», але також надпружність і високу демпфувальну здатність. Протягом багатьох років було подано понад 10 000 патентів на стопи з пам'яттю форми, які оцінювали не тільки можливість використовувати перетворення енергії для забезпечення зворотнього зв’язку зі зміною незалежних термодинамічних параметрів (температури, напруження, тиску, електричного або магнетного поля тощо), але також і значний обсяг виконуваної роботи. Застосування варіювалися від різних ґаджетів до автомобільної й аерокосмічної промисловостей, машинобудування, цивільного будівництва тощо. На жаль, структурна та функціональна втома обмежила успішне бізнес-застосування щодо медичного сектора стопом нітинол з пам’яттю форми (різні імплантати, стенти, серцево-судинні клапани та ін.). Нові високоентропійні стопи з пам’яттю форми можна розглядати як засіб подолання проблеми втоми наявних промислових стопів з пам’яттю форми завдяки їхній специфічній структурі, яка забезпечує чудову стійкість до незворотньої пластичної деформації.

Ключові слова: високоентропійні стопи з пам’яттю форми, мартенситне перетворення, структура, інтерметалеві сполуки з багатоелементною основою, механічні властивості, пам’ять форми та пов’язані явища.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.24.04.819

Citation: G. S. Firstov, Yu. M. Koval, V. S. Filatova, V. V. Odnosum, G. Gerstein, and H. J. Maier, Development of High-Entropy Shape-Memory Alloys: Structure and Properties, Progress in Physics of Metals, 24, No. 4: 819–837 (2023)

Цитована література   
  1. J.W. Yeh, S.K. Chen, S.G. Lin, J.Y. Gan, T.S. Chin, T.T. Shun, C.H. Tsau, and S.Y. Chang, Adv. Eng. Mater., 6: 299–303 (2004); https://doi.org/10.1002/adem.200300567
  2. Y. Zhang, T.T. Zuo, Z. Nang, M.C. Cao, K.A. Dahmen, P.K. Liaw, and Z.P. Lu, Prog. Mater. Sci., 61: 1–93 (2014); https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001
  3. B.S. Murty, J.-W. Yeh, and S. Ranganathan, High Entropy Alloys (Amsterdam, The Netherlands–Oxford, UK: Elsevier Science & Technology–Butterworth-Heinemann Ltd.: 2014), p. 204.
  4. B. Cantor, Entropy, 16: 4749–4768 (2014); https://doi.org/10.3390/e16094749
  5. Y.F. Ye, Q. Wang, J. Lu, C.T. Liu, and Y. Yang, Mater. Today, 19: 349–362 (2016); https://doi.org/10.1016/j.mattod.2015.11.026
  6. V.F. Gorban’, N.A. Krapivka, and S.A. Firstov, Phys. Met. Metallogr., 118: 970–981 (2017); https://doi.org/10.1134/S0031918X17080051
  7. O.N. Senkov, J.M. Scott, S.V. Senkova, D.B. Miracle, and C.F. Woodward, J. Alloys Compd., 509: 6043–6048 (2011); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.02.171
  8. S.A. Firstov, T.G. Rogul’, N.A. Krapivka, S.S. Ponomarev, V.N. Tkach, V.V. Kovylyaev, V.F. Gorban’, and M.V. Karpets, Russ. Metall., 2014: 285–292 (2014); https://doi.org/10.1134/S0036029514040028
  9. G.S. Firstov, J. Van Humbeeck, and Y.N. Koval, Mater. Sci. Eng. A, 378: 2–10 (2004); https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.324
  10. G.S. Firstov, J. Van Humbeeck, and Y.N. Koval, J. Intel. Mater. Sys. Struct., 17: 1041–1047 (2006); https://doi.org/10.1177/1045389X06063922
  11. J. Ma, I. Karaman, and R.D. Noebe, Int. Mater. Rev., 55: 257–315 (2010); https://doi.org/10.1179/095066010X12646898728363
  12. T. Niendorf, P. Krooß, E. Batyrsina, A. Paulsen, Y. Motemani, A. Ludwig, P. Buenconsejo, J. Frenzel, G. Eggeler, and H.J. Maier, Mater. Sci. Eng. A, 620: 359–366 (2015); https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.10.038
  13. G. Firstov, Y. Koval, J. Van Humbeeck, A. Timoshevskii, T. Kosorukova, and P. Verhovlyuk, Shape Memory Alloys: Properties, Technologies, Opportunities (Eds. N. Resnina and V. Rubanik) (Zurich, Switzerland: Trans. Tech. Publications Inc.: 2015), pp. 207–232; https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSFo.81-82.207
  14. G.S. Firstov, T.A. Kosorukova, Yu.N. Koval, and V.V. Odnosum, Mater. Today Proc., 2S: S499–S504 (2015); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.07.335
  15. G.S. Firstov, T.A. Kosorukova, Y.N. Koval, and P.A. Verhovlyuk, Shape Memory and Superelasticity, 1, No. 4: 400–407 (2015); https://doi.org/10.1007/s40830-015-0039-7
  16. G. Fu, X. Liu, X. Yi, S. Zhang, X. Cao, X. Meng, Z. Gao, and H. Wang, Metals 13: 1279 (2023); https://doi.org/10.3390/met13071279
  17. J.I. Lee, K. Tsuchiya, W. Tasaki et al., Sci. Rep., 9: 13140 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-49529-8
  18. S. Guo and C.T. Liu, Progress in Natural Science: Materials International, 21, No. 6: 433-446 (2011); https://doi.org/10.1016/S1002-0071(12)60080-X
  19. A. Sato, Y. Yamaji, and T. Mori, Acta metallurgica, 34: 287–294 (1986); https://doi.org/10.1016/0001-6160(86)90199-9
  20. Q. Gu, J. Van Humbeeck, and L. Delaey, Journal de Physique IV. Proceedings, C3, No. 4: C3-135–C3-144 (1994); http://dx.doi.org/10.1051/jp4:1994319
  21. I. Ferretto, D. Kim, W.J. Lee, E. Hosseini, N.M. della Ventura, A. Sharma, C. Sofras, J. Capek, E. Polatidis, and C. Leinenbach, Materials & Design 229: 111928 (2023); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111928
  22. Q. Liao, T. Jing, Y. Wang, H. Peng, and Y. Wen, J. Alloys Compd., 926: 166803 (2022); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166803
  23. L. Wang, C. Fu, Y. Wu, R. Li, X. Hui, and Y. Wang, Scripta Materialia, 162: 112–117 (2019); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.10.035
  24. J. Fu, A. Yamamoto, H.Y. Kim, H. Hosoda, and S. Miyazaki, Acta Biomaterialia, 17: 56–67 (2015); http://dx.doi.org/10.1016/j.actbio.2015.02.001
  25. G. Firstov, A. Timoshevski, T. Kosorukova, Y. Koval, Y. Matviychuk, and P. Verhovlyuk, MATEC Web Conf., 33: 06006 (2015); https://doi.org/10.1051/matecconf/20153306006
  26. P. Villars and S. Iwata, Chemistry of Metals and Alloys, 6: 81–108 (2013); https://doi.org/10.30970/cma6.0269
  27. S. Guo, Q. Hu, Chun Ng, and C.T. Liu, Intermetallics, 41: 96–103 (2013); https://doi.org/10.1016/j.intermet.2013.05.002
  28. B.S. Murty, J.-W. Yeh, S. Ranganathan, and P.P. Bhattacharje, High Entropy Alloys. Second Edition (Amsterdam, The Netherlands–Oxford, UK: Elsevier–Cambridge, US: 2019), p. 363.
  29. H. Wang, Q.-F. He, and Y. Yang, Rare Met., 41, No. 6: 1989–2001 (2022); https://doi.org/10.1007/s12598-021-01926-7
  30. Yu.N. Koval, G.S. Firstov, J.V. Humbeeck, L. Delaey, and W.J. Jang, J. Phys. IV, 5, No. C8: 1103–1108 (1995); https://doi.org/10.1051/jp4/1995581103
  31. Y.N. Koval, G.S. Firstov, and A.V. Kotko, Scripta metallurgica et materialia 27, No. 11: 1611–1616 (1992); https://doi.org/10.1016/0956-716X(92)90153-6
  32. G.S. Firstov, A.N. Timoshevski, T.A. Kosorukova, and Yu.N. Koval (to be published).
  33. https://luttero.github.io/maud
  34. G. Firstov, A. Timoshevski, Yu. Koval, S. Yablonovski, and J. Van Humbeeck, Materials Science Forum, 738–739: 15 (2013); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.738-739.15
  35. G. Firstov, Yu. Koval, A. Timoshevski, S. Yablonovski, and J. Van Humbeeck, Chemistry of Metals and Alloys, 6: 205–208 (2013); https://doi.org/10.30970/cma6.0277
  36. S. San, S. Hasan, P. Adhikari, and W.-Y. Ching, Metals, 13: 1953 (2023); https://doi.org/10.3390/met13121953
  37. G. Gerstein, G.S. Firstov, T.A. Kosorukova, Y.N. Koval, and H.J. Maier, Shape Mem. Superelasticity, 4: 360–368 (2018); https://doi.org/10.1007/s40830-018-0180-1
  38. T.A. Kosorukova, G. Gerstein, Y.N. Koval, H.J. Maier, and G.S. Firstov (to be published).
  39. K. Otsuka and X. Ren, Progress in Materials Science, 50: 511–678 (2005); https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2004.10.001
  40. T. Kosorukova, G. Gerstein, V.V. Odnosum, Y.N. Koval, H.J. Maier, and G.S. Firstov, Materials, 12: 4227 (2019); https://doi.org/10.3390/ma12244227
  41. C.-H. Chen and Y.-J. Chen, Scr. Mater., 162: 185–189 (2019); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.11.023
  42. J. Yaacoub, W. Abuzaid, F. Brenne, and H. Sehitoglu, Scripta Materialia, 186: 43–47 (2020); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.04.017
  43. I.U. Rehman, S. Li, and T.-H. Nam, J. Alloys Compd., 884: 161108 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161108
  44. S. Li, D. Cong, Z. Chen, S. Li, C. Song, Y. Cao, Z. Nie, and Y. Wang, Mater. Res. Lett., 9: 263–269 (2021); https://doi.org/10.1080/21663831.2021.1893233
  45. S. Li, D. Cong, X. Sun, Y. Zhang, Z. Chen, Z. Nie, R. Li, F. Li, Y. Ren, and Y. Wang, Mater. Res. Lett., 7: 482–489 (2019); https://doi.org/10.1080/21663831.2019.1659436
  46. G. Zhao, H. Zou, D. Fang, C. Huang, Y. Ye, and X. Ye, J. Alloys Compd., 965: 171504 (2023); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171504

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,