Avant de commencer cet article, introduisez deux noms de matériaux - alliages à mémoire de forme et matériaux fonctionnels à gradient. Les alliages à mémoire de forme se réfèrent aux alliages qui ont un effet de mémoire de forme et ont une large application dans le domaine médical clinique ainsi que dans le domaine. Par exemple, l'antenne massive sur un satellite artificiel peut être faite avec un alliage à mémoire, avant de lancer un satellite artificiel, pliez l'antenne parabolique dans le corps du satellite, après le décollage de la fusée pour envoyer le satellite artificiel sur une orbite prédéterminée, il suffit de réchauffer, l'antenne parabolique pliée se déploie naturellement En raison de la fonction de « mémoire», restaure la forme parabolique.

(photo du réseau)

Et le matériau fonctionnel à gradient se réfère à un nouveau type de matériau dans la composition ou la structure sous forme de gradient continu, sa conception nécessite un changement de fonction, de performance de la position interne de la pièce aléatoire, de sorte que la performance globale est optimisée. Par exemple, l'os d'un animal est une structure graduée, dure à l'extérieur et poreuse à l'intérieur.

(photo du réseau)

Si l'alliage NiTi est doté de la double propriété de structure à gradient fonctionnel et de propriétés de mémoire de forme, son utilisation généralisée en tant que composant intelligent sera grandement facilitée. Yang Yang et al., de l'Université technique du Guangdong, ont permis à l'alliage à mémoire de forme NiTi d'obtenir une fonction de gradient pour élargir l'intervalle de changement de phase martensitique en vue d'améliorer la contrôlabilité de l'alliage à mémoire de forme par un traitement laser répétitif. Parce que la microstructure a un mécanisme de couplage complexe avec la fonction de gradient, dans cette étude, les chercheurs ont procédé à une caractérisation détaillée des gradients microstructuraux à l'aide d'une Microscopie à rayons X de précision à trois pouces (série nanovoxel - 3000); Dans le même temps, les propriétés mécaniques et la fonction Gradient ont été évaluées par des essais de déformation cyclique et de dureté, l'influence des paramètres d'usinage sur leur organisation microscopique, leurs propriétés et leur mécanisme de rupture a été analysée, et enfin les méthodes favorables à la conception d'alliages NiTi Gradient avec des propriétés potentiellement complexes ont été discutées. Ce travail fournit une méthode nouvelle et efficace pour la fabrication d'alliages NiTi tridimensionnels gradués qui peuvent effectuer des conceptions structurelles complexes et ainsi répondre aux performances fonctionnelles souhaitées dans différents domaines.

Nanovoxel - 3000 microct de précision

La stratégie de traitement laser répétitif utilisée peut être divisée en deux étapes. La première étape (voir figure 1B) concerne le balayage laser initial, la valeur de la puissance laser variant progressivement de 10W à 91w. La deuxième étape (voir Figure 1c) est une étape de balayage laser à répétition secondaire qui utilise une puissance laser constante de 60 W pour refondre la même couche. La figure 1 représente une représentation schématique et un schéma physique de l'échantillon d'une stratégie d'usinage laser répétée pour la fabrication d'un alliage NiTi à gradient.

Le test non destructif microscopique CT (NDT) peut tester la morphologie externe et les défauts internes de l'échantillon. Les éprouvettes étirées ont été scannées avec le système nanovoxel - 3000, et compte tenu de la longueur mesurée des éprouvettes étirées de 20 mm, ces données limitent la mise en œuvre de résolutions plus élevées pour l'imagerie, de sorte que l'expérience a divisé les éprouvettes en 5 sections et les a scannées une par une pour garantir une meilleure qualité d'imagerie. Dans ces conditions, la tension et le courant de la source de rayons X ont été fixés à 150 kV et 40 µa, respectivement, et le temps d'exposition à 0,4 S. afin de s'assurer que l'échantillon est toujours dans le champ de vision lors d'un balayage microscopique par tomodensitométrie, la résolution a été réglée à 3 µm, la reconstruction de l'image a été effectuée à l'aide d'un logiciel et la structure tridimensionnelle (3d) de l'échantillon a finalement été reconstruite à l'aide du logiciel avizo.

Les cinq images de la figure 2 sont reconstituées en trois dimensions successives selon la direction du gradient pour chaque éprouvette étirée. Par commodité, cinq parties successives de l'image représentée sur la figure 2 serontPour les parties I, II, III, IV et V (voir figure 1d). Pour chaque image de la figure 2, la puissance laser initiale augmente de bas en haut. Sur la Figure 2A, les coordonnées définies par BD et GD sont clairement marquées par des flèches rouges. Une largeur de gradient de 0,4 mm est clairement représentée sur la figure 2D. Il est important de noter que la rugosité de la surface varie d'un site à l'autre en fonction des conditions de traitement. Ces surfaces sont plus lisses pour les zones de gradient de la figure 2e réalisées à puissance laser élevée que pour les surfaces réalisées à puissance laser relativement faible (figures 2a et b).

Figure 2 reconstruction tridimensionnelle continue de cinq éprouvettes étirées selon la direction du gradient

Les pixels verts de la figure 3 représentent les Morphologies respectives des défauts internes tridimensionnels des cinq sections qui diffèrent les unes des autres. La figure 3 montre l'évolution de la morphologie, de la distribution et de la Fraction volumique du défaut dans le sens du gradient. En effet, la partie Ⅰ représentée sur la Figure 3A correspond à une zone de gradient de 10W + 60W à 25W + 60W avec des défauts de forme irrégulière. Ces défauts irréguliers sont des défauts plans, également étirés dans les directions TD et GD entre les couches empilées, en coupe transversale dans les plans TD - GD (figure 4a) et TD - BD (figure 4c). Etant donné que l'échantillon représenté sur la Figure 3A correspond à une puissance laser initiale plus faible, ces défauts sont dus à un apport d'énergie laser insuffisant lors du balayage initial, alors que l'apport total d'énergie laser est suffisamment élevé. Avec l'augmentation de la puissance laser initiale, la Fraction volumique défectueuse de la zone de gradient correspondent à la partie II de la Figure 3B de 27w + 60W à 41w + 60W est plus faible que celle de la partie I (0,74% sur la figure 5). La partie III représentée sur la figure 3c, correspondent à une puissance laser modérée, contient en effet le moins de défauts (0,09% sur la figure 5). Les défauts des zones de gradient correspondent aux puissances laser plus élevées des figures 3C et d diffèrent des autres défauts *. Pour la partie IV de la figure 3D et la partie V de la figure 3e, la géométrie du défaut devient plus petite, de forme sphérique. Ce défaut, appelé « trou de serrure » dans le métal fabriqué par fusion laser sélective (SLM), est généralement lié à une entrée excessive de puissance laser. Il est intéressant de noter que la distribution des défauts sphériques présente un phénomène de stratification par rapport au cas où la puissance laser dans la zone inférieure de la figure 3D est relativement faible et la stratification moins sévère. Le défaut de trou de serrure disparaît presque à la limite de la zone de gradient adjacente et la zone de fusion correspond à une puissance laser relativement faible. On peut donc considérer que le défaut de trou de serrure est dû à un bain de fusion surchauffé par la puissance laser.

Figure 3 reconstruction tridimensionnelle des résultats de balayage de cinq éprouvettes étirées révélant des défauts internes à différents endroits dans cinq sections

L'analyse statistique de la taille de tous les défauts est effectuée à partir des résultats du balayage microscopique Ct. Les dimensions des trois défauts sont données à titre d'exemple sur les figures 4b et 4D. La longueur moyenne des défauts de la figure 4C est de l'ordre de 0,21 mm et celle de la figure 4D est de l'ordre de 0,04 MM. Ainsi, les défauts plans irréguliers formés à faible puissance sont près de 10 fois plus importants que les défauts de trou de serrure formés à forte puissance. Les fractions volumiques des défauts ont été analysées simultanément pour les cinq fractions. L'histogramme de la figure 5 montre l'évolution des fractions volumiques de défauts dans différentes parties. La Fraction volumique est de 2,84% pour la partie I et de 7,09% pour la partie v. La Fraction volumique défectueuse de la partie III est préparée entre 43w ~ 59w, aussi bas que 0,09%. Cela montre qu'il est souhaitable de fabriquer un alliage NiTi avec un apport d'énergie laser modéré en termes de formation d'un nombre minimum de défauts internes.

Figure 5 Fraction volumique défectueuse d'un échantillon de gradient fonctionnel

Les résultats de la reconstruction par tomodensitométrie sont illustrés sur les figures 3 et 4, la morphologie externe et les défauts internes de l'échantillon gradué variant en fonction de la variation de la puissance laser initiale de la première étape. Avec une puissance laser initiale plus faible, des surfaces rugueuses et des défauts d'irrégularité planaire situés entre les couches sont formés. Mais lorsque l'entrée de puissance laser est trop importante, une surface lisse et des défauts de trou de serrure sphérique se forment. Par rapport à eux, la microstructure correspondent à une puissance laser initiale moyenne (43w - 59w) rend la surface relativement lisse avec un minimum de défauts, comme le montre la figure 2c. Compte tenu des défauts internes tels que représentés sur la figure 6, la puissance du balayage laser de la première étape est faible, ce qui entraîne un grand nombre de défauts irréguliers qui peuvent être partiellement éliminés par des balayages laser répétés, comme représenté sur la figure 6d. Mais les entrées excessives de puissance laser, comme le balayage laser initial avec une puissance constante de 60 W et le balayage laser secondaire de 60 W, favorisent d'une part la formation de la phase B19 'et d'autre part la formation de trous de serrure supplémentaires. Nous savons donc que les première et deuxième étapes de balayage laser sont très importantes. Ces faits suggèrent que nous devrions éviter d'utiliser une faible puissance laser inférieure à 30 W lors du premier balayage, car cela entraînerait trop de défauts irréguliers. Mais une fois la puissance laser initiale supérieure à 60 W, la puissance laser secondaire ne doit pas être trop élevée pour éviter la formation de trous de serrure.

Balayage de l'alliage à mémoire NiTi avec fonction Gradient par microct haute résolution, la visualisation sans perte de sa morphologie extérieure et les défauts internes, combiné avec d'autres moyens d'analyse révèle le mécanisme de formation des défauts, fournit des conseils sur les conditions de sélection des moyens de traitement laser répété, est un moyen d'essai pour étudier l'alliage à mémoire NiTi avec fonction Gradient *.