Систематичний огляд надпружніх стопів FeNiCoAlTaB

ХАСБІ М.Ю.$^{1,2}$, ЕФЕНДІ$^{2}$, СОФ’ЯН Н.$^{1,3}$

$^1$Кафедра металурґії та матеріялознавства, інженерний факультет, Університет Індонезія, 16424 Депок, Індонезія
$^2$Науково-дослідний центр металурґії, Національна аґенція досліджень та інновацій Індонезії, Танґеранґ Селатан, 15314 Бантен, Індонезія
$^3$Центр перспективних досліджень матеріялів, інженерний факультет, Університет Індонезія, 16424 Депок, Індонезія

Отримано 03.09.2024, остаточна версія 28.01.2025 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Стопи з пам’яттю форми (ПФ) на основі заліза привернули значну увагу завдяки своїм унікальним властивостям і потенційним застосуванням. Серед цих стопів полікристалічний стоп Fe–Ni–Co–Al–Ta–B виділяється як багатообіцяюча альтернатива щодо стопів із ПФ на основі NiTi завдяки своїй чудовій надпружній поведінці. Надпружні властивості стопів із ПФ на основі заліза внутрішньо пов’язані з термопружньою природою їхньої мартенситної структури. Ця структура досягається завдяки поєднанню відповідних процесів виготовлення та термомеханічного оброблення. Ці процеси сприяють утворенню преципітатів і розвитку домінувальної текстури вздовж певних напрямків і площин. Попередні дослідження продемонстрували чудову здатність до надпружности стопу Fe–Ni–Co–Al–Ta–B, досягнувши значення деформації у 13,5% за кімнатної температури. Це видатне досягнення пояснюється процесом виготовлення холодною прокаткою, який включає екстремальну деформацію у 98,6%. Однак цей процес призводить до надзвичайно тонких листів (у 0,2 мм завтовшки), що створювало проблеми для практичного застосування через обмежений розмір і чинник форми. Для подальшого розвитку стопів Fe–Ni–Co–Al–Ta–B важливим є комплексний огляд. Такий огляд забезпечить фундаментальне розуміння та полегшить майбутні дослідницькі зусилля шляхом узагальнення наявних даних і методик. Отже, цей огляд має на меті запропонувати поглиблене обговорення зібраних дослідницьких даних, упорядкованих відповідно до дослідницьких методик, що розвиваються. Збираючи й аналізуючи ці дослідження, оглядова робота прагне висвітлити поточний проґрес, виявити прогалини та запропонувати потенційні напрями для майбутніх досліджень стопу Fe–Ni–Co–Al–Ta–B.

Ключові слова: леґування, Fe–Ni–Co–Al–Ta–B, стоп з пам’яттю форми, надпружність, термомеханічні оброблення.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.26.01.***

Citation: M.Y. Hasbi, Efendi, and N. Sofyan, Systematic Review of Superelastic FeNiCoAlTaB Alloys, Progress in Physics of Metals, 26, No. 1: ***–*** (2025)


Цитована література   
  1. L. Lecce and A. Concilio, Shape Memory Alloy Engineering for Aerospace, Structural and Biomedical Applications (Vienna: Elsevier Ltd: 1996), p. 1–68; https://doi.org/10.1007/978-3-7091-4348-3_1
  2. D.G. Poitout, Biomechanics and Biomaterials in Orthopedics. 2nd ed. (London: Springer: 2016); https://doi.org/10.1007/978-1-84882-664-9
  3. S. Parvizi, S.M. Hashemi, and S. Moein, NiTi shape memory alloys: properties, Nickel-Titanium Smart Hybrid Materials (Elsevier: 2022), Ch. 19, p. 399; https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91173-3.00021-3
  4. K. Mehta and K. Gupta, Fabrication and Processing of Shape Memory Alloys, SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology (Cham, Switzerland: Springer: 2019); https://doi.org/10.1007/978-3-319-99307-2
  5. C. Lexcellent, Shape-Memory Alloys Handbook (London: Wiley: 2013); https://doi.org/10.1002/9781118577776
  6. X. Chen, K. Liu, W. Guo, N. Gangil, A.N. Siddiquee, and S. Konovalov, Rapid Prototyp. J., 25, No. 8: 1421 (2019); https://doi.org/10.1108/RPJ-11-2018-0292
  7. S.K. Patel, B. Behera, B. Swain, R. Roshan, D. Sahoo, and A. Behera, Mater. Today Proc., 33, No. 8: 5548 (2020); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.538
  8. J. Xia, Y. Noguchi, X. Xu, T. Odaira, Y. Kimura, M. Nagasako, T. Omori, and R. Kainuma, Science, 369, No. 6505: 855 (2020); https://doi.org/10.1126/science.abc1590
  9. Z. Li, Y. Zhang, K. Dong, and Z. Zhang, Crystals, 12, No. 5: 602 (2022); https://doi.org/10.3390/cryst12050602
  10. R.A. Rahman, D. Juhre, and T. Halle, Pakistan J. Enginnering Appl. Sci., 24, No. 5: 32 (2019).
  11. Y. Tanaka, Y. Himuro, R. Kainuma, Y. Sutou, T. Omori, and K. Ishida, Science, 327, No. 5972: 1488 (2010); https://doi.org/10.1126/science.1183169
  12. C. Sobrero, V. Remich, J. Cassineiro, M. F. Giordana, G. Abreu Faria, A. Liehr, J. Freudenberger, T. Niendorf, and P. Krooß, Shape Mem. Superelasticity, 9, No. 3: 531 (2023); https://doi.org/10.1007/s40830-023-00449-7
  13. L.-W. Tseng, C.-H. Chen, W.-C. Chen, Y. Cheng, and N.-H. Lu, Crystals, 11, No. 10: 1253 (2021); https://doi.org/10.3390/cryst11101253
  14. J. Fiocchi, J.N. Lemke, S. Zilio, C.A. Biffi, A. Coda, and A. Tuissi, Mater. Today Commun., 27: 102447 (2021); https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102447
  15. U. Allenstein, Y.Ma, A. Arabi-Hashemi, M. Zink, and S.G. Mayr, Acta Biomater., 9, No. 3: 5845 (2013); https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.10.040
  16. L. Tseng, M. Song, W.-C. Chen, Y. Hsu, and C. Chen, Metals, 14, No. 6: 643 (2024); https://doi.org/10.3390/met14060643
  17. C. Zhang, C. Zhu, S. Shin, L. Casalena, and K. Vecchio, Mater. Sci. Eng. A, 743: 372 (2018); https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.11.077
  18. H. Zhao, H. Fu, J. Xie, and Z. Zhang, Mater. Res. Express, 5, No. 1: 016508 (2018); https://doi.org/10.1088/2053-1591/aaa1fd
  19. W.S. Choi, E.L. Pang, P.P. Choi, and C.A. Schuh, Scr. Mater., 188: 1 (2020); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.06.067
  20. J. Cassinerio, M.F. Giordana, E. Zelaya, V. Remich, P. Krooß, J. Freudenberger, T. Niendorf, and C. E. Sobrero, Shape Mem. Superelasticity, 10, No. 1: 37 (2024); https://doi.org/10.1007/s40830-023-00470-w
  21. H. Ozcan, J. Ma, S.J. Wang, I. Karaman, Y. Chumlyakov, J. Brown, and R.D. Noebe, Scr. Mater., 134: 66 (2017); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2017.02.023
  22. T. Omori, M. Okano, and R. Kainuma, APL Mater., 1, No. 3: 032103 (2013); https://doi.org/10.1063/1.4820429
  23. J. Mohd Jani, M. Leary, A. Subic, and M.A. Gibson, Mater. Des., 56: 1078 (2014); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.11.084
  24. S. Barbarino, E.L. Saavedra Flores, R.M. Ajaj, I. Dayyani, and M.I. Friswell, Smart Mater. Struct., 23, No. 6: 063001 (2014); https://doi.org/10.1088/0964-1726/23/6/063001
  25. P.S. Lobo, J. Almeida, and L. Guerreiro, Procedia Eng., 114: 776 (2015); https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.025
  26. D. Patil and G. Song, Smart Mater. Struct., 26, No. 9: 1 (2017); https://doi.org/10.1088/1361-665X/aa7706
  27. Z. Wang and A.M. Korsunsky, Encycl. Smart Mater., 4: 239 (2022); https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.11793-X
  28. R.E. McMahon, J. Ma, S.V. Verkhoturov, D. Munoz-Pinto, I. Karaman, F. Rubitschek, H.J. Maier, and M.S. Hahn, Acta Biomater., 8, No. 7: 2863 (2012); https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.03.034
  29. A. Weirich and B. Kuhlenkotter, Actuators, 8, No. 3: 61 (2019); https://doi.org/10.3390/act8030061
  30. S. Jayachandran, K. Akash, S.S. Mani Prabu, M. Manikandan, M. Muralidharan, A. Brolin, and I.A. Palani, Compos. Part B: Eng., 176, No. 1: 107182 (2019); https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107182
  31. N. Shayesteh Moghaddam, S. Saedi, A. Amerinatanzi, A. Hinojos, A. Ramazani, J. Kundin, M.J. Mills, H. Karaca, and M. Elahinia, Sci. Rep., 9, No. 1: 1 (2019); https://doi.org/10.1038/s41598-018-36641-4
  32. K.K. Alaneme and E.A. Okotete, Eng. Sci. Technol. Int. J., 19, No. 3: 1582 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jestch.2016.05.010
  33. I.V. Kireeva, Y.I. Chumlyakov, V.A. Kirillov, I. Karaman, and E. Cesari, Tech. Phys. Lett., 37, No. 5: 487 (2011); https://doi.org/10.1134/S1063785011050221
  34. I. Darwin Immanuel, M. Gangaraju, D. Arulkirubakaran, R. Malkiya Rasalin Prince, T. Debnath, and D. Palanisamy, Mater. Today Proc., 68, No. 5: 1718 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.09.194
  35. E.M. Mazzer, M.R. da Silva, and P. Gargarella, J. Mater. Res., 37, No. 1: 162 (2022); https://doi.org/10.1557/s43578-021-00444-7
  36. S. Saedi, E. Acar, H. Raji, S.E. Saghaian, and M. Mirsayar, J. Alloys Compd., 956: 170286 (2023); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170286
  37. K.K. Alaneme, E.A. Okotete, and J.U. Anaele, J. Build. Eng., 22: 22 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.11.014
  38. Z.-X. Zhang, J. Zhang, H. Wu, Y. Ji, and D.D. Kumar, Materials, 15, No. 5: 1723 (2022); https://doi.org/10.3390/ma15051723
  39. T. Omori, K. Ando, M. Okano, X. Xu, Y. Tanaka, I. Ohnuma, R. Kainuma, and K. Ishida, Science, 333, No. 6038: 68 (2011); https://doi.org/10.1126/science.1202232
  40. A. Cladera, B. Weber, C. Leinenbach, C. Czaderski, M. Shahverdi, and M. Motavalli, Constr. Build. Mater., 63: 281 (2014); https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.032
  41. X. Wang, Y. Zhang, Z. Zhang, L. Liu, B. Wang, Y. Cui, I. Baker, and J. Cheng, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 49, No. 2: 308 (2023); https://doi.org/10.1080/10408436.2023.2175641
  42. F.C. Nascimento Borges, Iron based shape memory alloys: mechanical and structural properties, Shape Memory Alloys — Processing, Characterization and Applications (2013); https://doi.org/10.5772/51877
  43. R.A. Ur Rahman, D. Juhre, and T. Halle, Korean J. Mater. Res., 28, No. 7: 381 (2018); https://doi.org/10.3740/MRSK.2018.28.7.381
  44. M.Y. Hasbi, E. Mabruri, S.D. Yudanto, F.M. Ridlo, B. Adjiantoro, D. Irawan, I.G.P. Astawa, M.R. Rido, T.B. Romijarso, R. Roberto, D.P. Utama, and N. Amalia, AIP Conf. Proc., 3003, No. 1: 020054 (2024); https://doi.org/10.1063/5.0186259
  45. D. Lee, T. Omori, K. Han, Y. Hayakawa, and R. Kainuma, Shape Mem. Superelasticity, 4, No. 1: 102 (2018); https://doi.org/10.1007/s40830-018-0160-5
  46. J. Ma and I. Karaman, Science, 327, No. 5972: 1468 (2010); https://doi.org/10.1126/science.1186766
  47. A. Francis, Y. Yang, S. Virtanen, and A.R. Boccaccini, J. Mater. Sci. Mater. Med., 26, No.3: 138 (2015); https://doi.org/10.1007/s10856-015-5473-8
  48. Y. Wang, J. Venezuela, and M. Dargusch, Biomaterials, 279: 121215 (2021); https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.121215
  49. T. Huang, J. Cheng, and Y.F. Zheng, Mater. Sci. Eng. C, 35, No. 1: 43 (2014); https://doi.org/10.1016/j.msec.2013.10.023
  50. L.C. Trincă, L. Burtan, D. Mareci, B.M. Fernández-Pérez, I. Stoleriu, T. Stanciu, S. Stanciu, C. Solcan, J. Izquierdo, and R.M. Souto, Mater. Sci. Eng. C, 118: 111436 (2021); https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111436
  51. B. Liu, Y.F. Zheng, and L. Ruan, Mater. Lett., 65, No. 3: 540 (2011); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2010.10.068
  52. A.M. Roman, V. Geantă, R. Cimpoeșu, C. Munteanu, N.M. Lohan, G. Zegan, E.R. Cernei, I. Ioniță, N. Cimpoeșu, and N. Ioanid, Materials, 15, No. 2: 568 (2022); https://doi.org/10.3390/ma15020568
  53. V.A. Silvestru, Z. Deng, J. Michels, L. Li, E. Ghafoori, and A. Taras, Glas. Struct. Eng., 7, No. 2: 187 (2022); https://doi.org/10.1007/s40940-022-00183-z
  54. A. Muntasir Billah, J. Rahman, and Q. Zhang, Structures, 37: 514 (2022); https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.01.034
  55. M.R. Izadi, E. Ghafoori, M. Shahverdi, M. Motavalli, and S. Maalek, Eng. Struct., 174: 433 (2018); https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.07.073
  56. A. Hassanzadeh and S. Moradi, Front. Struct. Civ. Eng., 16, No. 3: 281 (2022); https://doi.org/10.1007/s11709-022-0807-3
  57. C. Czaderski, M. Shahverdi, and J. Michels, Constr. Build. Mater., 274: 121793 (2021); https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121793
  58. X. Qiang, L. Chen, and X. Jiang, Materials, 15, No. 22: 8089 (2022); https://doi.org/10.3390/ma15228089
  59. S. Bhowmick and S.K. Mishra, Soil Dyn. Earthq. Eng., 100: 34 (2017); https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2017.03.037
  60. A.B. Habieb, M. Valente, and G. Milani, Eng. Struct., 196: 109281 (2019); https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109281
  61. F. Hedayati Dezfuli and M.S. Alam, Eng. Struct., 61: 166 (2014); https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.01.008
  62. F. Hedayati Dezfuli and M. Shahria Alam, Smart Mater. Struct., 22, No. 4: 045013 (2013); https://doi.org/10.1088/0964-1726/22/4/045013
  63. C.D. Medina, R.A. Herrera, and J.F. Beltran, Eng. Struct., 274: 115151 (2023); https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.115151
  64. U. Allenstein, E.I. Wisotzki, C. Gräfe, J.H. Clement, Y. Liu, J. Schroers, and S.G. Mayr, Mater. Des., 131: 366 (2017); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.06.032
  65. M. Zink and S.G. Mayr, Mater. Sci. Technol., 30, No. 13: 1579 (2014); https://doi.org/10.1179/1743284714Y.0000000592
  66. J. Xia, T. Hoshi, X. Xu, T. Omori, and R. Kainuma, Shape Mem. Superelasticity, 7, No. 3: 402 (2021); https://doi.org/10.1007/s40830-021-00349-8
  67. J.-M. Frenck, M. Vollmer, and T. Niendorf, Mater. Lett., 365: 136408 (2024); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2024.136408
  68. Z. Chen and W. Peng, Funct. Mater. Lett., 13, No. 01: 1950096 (2020); https://doi.org/10.1142/S1793604719500966
  69. C. Lauhoff, V. Remich, M.F. Giordana, C. Sobrero, T. Niendorf, and P. Krooß, J. Mater. Eng. Perform., 32, No. 19: 8593 (2023); https://doi.org/10.1007/s11665-022-07745-w
  70. X. Wang, Y. Zhang, Z. Zhang, J. Li, L. Liu, W. Jiang, and K. Du, JOM, 76, No. 5: 2526 (2024); https://doi.org/10.1007/s11837-024-06469-7
  71. N. Gangil, A.N. Siddiquee, and S. Maheshwari, J. Manuf. Process., 59: 205 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.09.048
  72. Y.I. Chumlyakov, V. Kireeva, O.A. Kuts, Y.N. Platonova, V.V Poklonov, V. Kukshauzen, D.A. Kukshauzen, M.Y. Panchenko, and K.A. Reunova, Russ. Phys. J., 58, No. 11: 1549 (2016); https://doi.org/10.1007/s11182-016-0681-3
  73. J. Ma, B.C. Hornbuckle, I. Karaman, G.B. Thompson, Z.P. Luo, and Y.I. Chumlyakov, Acta Mater., 61, No. 9: 3445 (2013); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.02.036
  74. N. Jost, Mater. Sci. Forum, 56–58: 667 (1990); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.56-58.667
  75. D.R. Askeland, P.P. Fulay, and W.J. Wright, The Science and Engineering of Materials (Stamford: CL-Engineering: 2011).
  76. Y. Tanaka, R. Kainuma, T. Omori, and K. Ishida, Mater. Today Proc., 2, No. 3: S485 (2015); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.07.333
  77. T. Maki, K. Kobayashi, and I. Tamura, J. Phys. Colloq., 43, No. C4: 541 (1982); https://doi.org/10.1051/jphyscol:1982484
  78. L.W. Tseng, J. Ma, I. Karaman, S.J. Wang, and Y.I. Chumlyakov, Scr. Mater., 101: 1 (2015); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2014.12.021
  79. Y. Geng, D. Lee, X. Xu, M. Nagasako, M. Jin, X. Jin, T. Omori, and R. Kainuma, J. Alloys Compd., 628: 287 (2015); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.12.172
  80. F. Borza, N. Lupu, V. Dobrea, and H. Chiriac, J. Appl. Phys., 117, No. 17: 1 (2015); https://doi.org/10.1063/1.4917186
  81. Y. Geng, M. Jin, W. Ren, W. Zhang, and X. Jin, J. Alloys Compd., 577: S631 (2013); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.03.033
  82. M. Czerny, G. Cios, W. Maziarz, Y.I. Chumlyakov, N. Schell, and R. Chulist, Mater. Des., 197: 109225 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109225
  83. H. Fu, W. Li, S. Song, Y. Jiang, and J. Xie, J. Alloys Compd., 684: 556 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.209
  84. D. Lee, T. Omori, and R. Kainuma, J. Alloys Compd., 617: 120 (2014) https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.07.136
  85. C.E. Sobrero, C. Lauhoff, T. Wegener, T. Niendorf, and P. KrooB, Shape Mem. Superelasticity, 6, No. 2: 191 (2020); https://doi.org/10.1007/s40830-020-00280-4
  86. A. Wójcik, R. Chulist, A. Szewczyk, J. Dutkiewicz, and W. Maziarz, Arch. Metall. Mater., 68, No. 3: 1157 (2023); https://doi.org/10.24425/amm.2023.145488
  87. K. Du, Y. Zhang, G. Zhao, T. Huang, L. Liu, J. Li, X. Wang, and Z. Zhang, Mater. Sci. Eng. A, 890: 145858 (2024); https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145858
  88. A. Evirgen, J. Ma, I. Karaman, Z.P. Luo, and Y.I. Chumlyakov, Scr. Mater., 67, No. 5: 475 (2012); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.06.006
  89. M. Czerny, G. Cios, W. Maziarz, Y. Chumlyakov, and R. Chulist, Materials, 13, No. 1724: 1 (2020); https://doi.org/10.3390/ma13071724
  90. C. Sobrero, C. Lauhoff, D. Langenkämper, C. Somsen, G. Eggeler, Y.I. Chumlyakov, T. Niendorf, and P. Krooß, Mater. Lett., 291: 129430 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129430
  91. H. Fu, H. Zhao, Y. Zhang, and J. Xie, Procedia Eng., 207: 1505 (2017); https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.1084
  92. L.-W. Tseng, J. Chinese Inst. Eng., 45, No. 2: 109 (2022); https://doi.org/10.1080/02533839.2021.2012517
  93. H. Fu, H. Zhao, S. Song, Z. Zhang, and J. Xie, J. Alloys Compd., 686: 1008 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.06.273
  94. R. Chulist, M. Prokopowicz, W. Maziarz, P. Ostachowski, and N. Schell, Int. J. Mater. Res., 110, No. 1: 70 (2019); https://doi.org/10.3139/146.111688
  95. E.C. Andrade, H.H. Bernardi, and J. Otubo, Mater. Res., 17, No. 3: 583 (2014); https://doi.org/10.1590/S1516-14392014005000072
  96. G.S. Firstov, Yu.M. Koval, V.S. Filatova, V.V. Odnosum, G. Gerstein, and H.J. Maier, Prog. Phys. Met., 24, No. 4: 819 (2023); https://doi.org/10.15407/ufm.24.04.819
  97. Yu.M. Koval, V.V. Odnosum, Vyach. M. Slipchenko, V.S. Filatova, A.S. Filatov, O.A. Shcheretskyi, and G.S. Firstov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 46, No. 9: 933 (2024); https://doi.org/10.15407/mfint.46.09.0933
  98. W. Zheng, P. Tan, J. Li, H. Wang, Y. Liu, and Z. Xian, Struct. Control Heal. Monit., 2023: 1 (2023); https://doi.org/10.1155/2023/5497731