vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2020-65-4-413-421vestift-628Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYВлияние термообработки на величину термокинетической ЭДС при обратном фазовом переходе в никелиде титанаInfluence of heat treatment on thermokinetic EMF during reverse phase transition in titanium nickelideПетрова-БуркинаО. А.Petrova-BurkinaO. A.

Петрова-Буркина Ольга Александровна – младший научный сотрудник, лаборатория физики металлов

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск

Olga A. Petrova-Burkina – Junior Researcher, Laboratory of Metal Physics

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk

olchik.1987@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9268-0167Рубаник, мл.В. В.Rubanik, Jr.V. V.

Рубаник Василий Васильевич, мл. – доктор технических наук, доцент, директор

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск

Vasili V. Rubanik, Jr. – D. Sc. (Engineering), Associate Professor, Director

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk

jr@tut.byhttps://orcid.org/0000-0002-0350-1180РубаникВ. В.RubanikV. V.

Рубаник Василий Васильевич – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, заведующий лабораторией физики металлов

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск

Vasili V. Rubanik – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Head of the Laboratory of Metal Physics

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk

v.v.rubanik@tut.byГамзелеваТ. В.GamzelevaT. V.

Гамзелева Татьяна Вадимовна – научный сотрудник, лаборатория электронно-зондового анализа

ул. Платонова, 41, 220005, Минск,

 

Tat’ jana V. Gamzeleva – Researcher, Laboratory of Electron Probe Analysis

41, Platonov Str., 220005, Minsk

iscentr@tut.byИнститут технической акустики Национальной академии наук БеларусиInstitute of Technical Acoustics of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут порошковой металлургии имени академика О.В. РоманаO.V. Roman Powder Metallurgy Institute202031122020654413–421Copyright © Петрова-Буркина О.А., Рубаник, мл. В.В., Рубаник В.В., Гамзелева Т.В., 20202020Петрова-Буркина О.А., Рубаник, мл. В.В., Рубаник В.В., Гамзелева Т.В.Petrova-Burkina O.A., Rubanik, Jr. V.V., Rubanik V.V., Gamzeleva T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/628

Определена зависимость термокинетической ЭДС при обратном фазовом переходе в никелиде титана состава, близкого к эквиатомному, от продолжительности и температуры отжига в интервале 400÷800 °С. Термокинетическую ЭДС измеряли прямым способом с помощью цифрового милливольтметра МНИПИ В7-72. Анализ фазового, элементного состава сплава и кинетику термоупругих фазовых превращений проводили на основании результатов рентгеноструктурных и калориметрических исследований, микрорентгеноспектрального анализа. Установлено, что отжиг при температуре 500 и 800 °С приводит к росту термокинетической ЭДС от 0,22 до 0,25 мВ. Удаление оксидного слоя с поверхности образца после отжига при 700 °С в течение 0,5 ч приводит к росту величины термокинетической ЭДС в первом термоцикле от 0,22 до 0,26 мВ. Термоциклирование образцов без оксидного слоя вызывает уменьшение термокинетической ЭДС за 20 термоциклов до 0,98 мВ, а при наличии оксидного слоя – до 0,3мВ. Увеличение времени отжига при 700 °С до 20 ч приводит к снижению термокинетической ЭДС до 0,16 мВ. Величина термокинетической ЭДС после термообработки связана с изменением физико-механических свойств сплава и характеризуется смещением характеристических температур фазового перехода. Результаты исследований важны для понимания физики протекания термоэлектрических явлений в сплавах с эффектом памяти формы при нестационарном нагреве и могут быть использованы как для контроля однородности их физико-механических свойств, так и при проектировании исполнительных элементов, интеллектуальных датчиков и механизмов систем управления.

The effect of duration and annealing temperature in the range of 400–800 °C on the thermokinetic EMF value in titanium nickelide, the composition of which is close to the equi-atomic one, at a reverse phase transition was investigated. Thermokinetic EMF was measured directly using a digital millivoltmeter MNIPI V7-72. The phase and elemental composition of the alloy and the kinetics of thermoelastic phase transformations have been checked by X-ray diffraction and calorimetric studies, and X-ray microanalysis. Annealing at temperatures of 500 and 800 °C leads to an increase in the thermokinetic EMF value from 0.22 to 0.25 mV. Removal of the oxide layer from the sample surface annealed at 700 °C for 0.5 h leads to an increase in the thermokinetic EMF value from 0.22 to 0.26 mV for the 1-st thermal cycle. It was found that thermal cycling causes a decrease in the thermokinetic EMF values down to 0.98 mV for the 20th thermal cycle for the samples without an oxide layer and to 0.3 mV for the samples with an oxide layer, respectively. With the increase in annealing time up to 20 h at 700 °C, the decrease in the thermokinetic emf value to 0.16 mV was observed. The thermokinetic EMF value after heat treatment is associated with changes in the physical and mechanical properties of the alloy and characterized by a shift of the characteristic temperatures of the phase transition. The research results are important for understanding the physics of thermoelectric phenomena in shape memory alloys during nonstationary heating and can be used both to control the homogeneity of their physical and mechanical properties and to design smart actuators and sensors, mechanisms of control systems.

память формыникелид титанатермокинетическая ЭДСмартенситные превращенияфазовый переходотжигоксидный слойshape memorytitanium nickelidethermokinetic EMFmartensitic transformationsphase transitionannealingoxide layerReferencesПушин, В. Г. Сплавы с памятью формы. Структура, фазовые превращения, свойства, применение / В. Г. Пушин, Л. И. Юрченко, Н. Н. Куранова // Труды школы-семинара «Фазовые и структурные превращения в сталях». – Магнитогорск, 2001. – Вып. 1: 20–24 ноября 2000 г., Магнитогорск. – С. 135–191.Pushin V. G., Yurchenko L. I., Kuranova N. N. Alloys with shape memory. Structure, phase transformations, properties, application. Trudy shkoly-seminara «Fazovye I strukturnyeprevrashcheniya v stalyah». Vyp. 1: 20–24 noyabrya 2000 g., Magnitogorsk [Proceedings of the school-seminar «Phase and structural transformations in steels». Issue 1: November 20–24, 2000, Magnitogorsk]. Magnitogorsk, 2001, pp.135–191 (in Russian).Рубаник, В. В. Термокинетическая ЭДС в никелиде титана / В. В. Рубаник, В. В. Рубаник мл., О. А. Петрова-Буркина // Материалы, технологии, инструменты. – 2012. – Т. 17, № 1. – С. 25–27.Rubanik V. V., Rubanik V. V., Jr., Petrova-Burkina O. A. Thermokinetic EMF in nikelidetitane. Materialy, tekhnologii, instrument = Materials, Technologies, Tools, 2012, vol. 17, no. 1, pp. 25–27 (in Russian).Rubanik, V. V. Peculiarities of thermoelectric force behaviour in nikelidetitane upon non-stationary heating / V. V. Rubanik, V. V. Rubanik, Jr., O. A. Petrova-Burkina // Materials Science Forum. – 2013. – Vol. 738–739. – Р. 292–296. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.738-739.292Rubanik V. V., Rubanik V. V., Jr., Petrova-Burkina O. A. Peculiarities of thermoelectric force behaviour in nikelidetitane upon non-stationary heating. Materials Science Forum, 2013, vol. 738–739, pp. 292–296. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.738-739.292Rubanik, V. V. Thermokinetic EMF under direct phase transformation / V. V. Rubanik, A. V. Lesota, V. V. Rubanik, Jr. // Mater. Today Proc. Part B. – 2017. – Vol. 4, iss. 3. – P. 4712–4716. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.04.057Rubanik V. V., Lesota A. V., Rubanik V. V., Jr. Thermokinetic EMF under direct phase transformation. Materials Today Proceedings. Part B, 2017, vol. 4, iss. 3, pp. 4712–4716. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.04.057Rubanik, V. V. Thermokinetic EFM in nikelide titanium during reverse phase transformation / V. V. Rubanik, V. V. Rubanik, Jr, O. A. Petrova-Burkina // Shape Memory &Superelastic Technology (SMST-2019), Konstanz, Germany, May 13–17, 2019. – Konstanz, 2019. – P. 86–87.Rubanik V. V., Rubanik V. V., Jr., Petrova-Burkina O. A. Thermokinetic EFM in nikelide titanium during reverse phase transformation. Shape Memory &Superelastic Technology (SMST-2019). Konstanz, Germany, May 13–17, 2019. Konstanz, 2019, pp. 86–87.Рубаник, В. В. Термокинетическая ЭДС в никелиде титана при обратном фазовом переходе / В. В. Рубаник, В. В. Рубаник, мл., О. А. Петрова-Буркина // Международный симпозиум «Перспективные материалы и технологии»: Брест, 27–31 мая 2019 г.: сб. ст. / под ред. В. В. Рубаника. – Витебск: ВГТУ, 2019. – С.652–654.Rubanik V. V., Rubanik V. V., Jr., Petrova-Burkina O. A. Thermokinetic EMF in nikelidetitane during reverse phase transition. Mezhdunarodnyi simpozium «Perspektivnyematerialy I tekhnologii»: sbornikstatei [International Symposium «Perspective materials and technologies»: Collection of Articles]. Vitebsk, Vitebsk State Technological University2019, pp. 652–654 (in Russian).Никелид титана: медицинский материал нового поколения / [В. Э. Гюнтер, В. Н. Ходоренко, Ю. Ф. Ясенчук и др.]; НИИ мед. материалов и имплантатов с памятью формы Сиб. физ.-техн. ин-та при Томском гос. ун-те. – Томск: [Изд-во МИЦ], 2006. – 296 с.Gyunter V. E., Khodorenko V. N., Yasenchuk Yu. F. Chekalkin T. L.Medical materials and implants with form memory. Tomsk, 2006. 296 p. (in Russian).Surface oxidation of NiTi shape memory alloy / G. S. Firstov [et al.] // Biomaterials. – 2002. – Vol. 23, Iss. 24. – P. 4863–4871. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00244-2Firstov G. S., Vitchev R. G., Kumar H., Blanpain B., Humbeeck J. Van. Surface oxidation of NiTi shape memory alloy. Biomaterials, 2002, vol. 23, iss. 24, pp. 4863–4871. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00244-2Исследование влияния состояния поверхности изделий из сплавов TiNi на параметры эффектов памяти формы / С. Д. Прокошкин [и др.] // Металлы. – 2009. – № 6. – С. 76–84.Prokoshkin S. D., Ryklina E. P., Chernavina A. A., Abramov V. Ya., Krestnikov N. S. Investigation of the influence of the surface state of products made of tini alloys on the parameters of shape memory effects. Metally = Metals, 2009, no. 6, pp. 76–84 (in Russian).Моногенов, А. Н. Влияние оксидного слоя в никелиде титана на параметры формоизменения / А. Н. Моногенов, М. А. Перепелкин, В. Э. Гюнтер // Материалы с памятью формы и новые медицинские технологии / под ред. В. Э. Гюнтера. – Томск, 2010. – С. 332–336.Monogenov A. N., Perepelkin M. A., Gyunter V. E. Influence of the oxide layer in titanium nickelide on the parameters of shape change. Gyunter V. E., ed. Materialy s pamyat’yuformy I novyemedicinskietekhnologii [Materials with shape memory and new medical technologies]. Tomsk, 2010, pp.332–336 (in Russian).Андреев, В. А. Разработка технологии производства и исследование функционально-механических свойств проволоки из сплавов TiNi с эффектом памяти формы: дис. … канд. техн. наук: 05.16.01 / В. А. Андреев. – СПб., 2008. – 136 л.Andreev V. A. Development of production technology and research of functional and mechanical properties of wire made of TiNi alloys with the effect of shape memory. S.-Peterburg, 2008. 136 p. (in Russian).Functional properties of nanocrystalline, submicrocrystalline and polygonizedTi–Ni alloys processed by cold rolling and post-deformation annealing / V. Brailovski [et al.] // J. Alloys Compd. – 2011. – Vol. 509, № 5. – P. 2066–2075. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.10.142Brailovski V., Prokoshkin S., Inaekyan K., Demers V. Functional properties of nanocrystalline, submicrocrystalline and polygonizedTi–Ni alloys processed by cold rolling and post-deformation annealing. Journal of Alloys and Compounds, 2011, vol. 509, no. 5, pp. 2066–2075. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.10.142Беляев, С. П. Исследование процессов окисления и сегрегации на поверхности никелида титана / С. П. Беляев, Ф. З. Гильмутдинов, О. М. Канунникова // Письма в ЖТФ. – 1999. – Т. 25, вып. 13. – С. 89–94.Belyaev S. P., Gil’mutdinov F. Z., Kanunnikova O. M. Investigation of oxidation and segregation processes on the surface of titanium nickelide. Pis'ma v zhurnal tekhnicheskoi fiziki= Technical Physics Letters, 1999, vol. 25, iss. 13, pp. 89–94 (in Russian).Uchil, J. Effect of thermal cycling on R-phase stability in a NiTi shape memory alloy / J. Uchil, K.G. Kumara, K.K. Mahesh // Mater.Sci.Eng., A. – 2002. – V. 332.–Р.25–28. https://doi.org/10.1117/12.514736Uchil J., Kumara K.G., Mahesh K.K. Effect of thermal cycling on R-phase stability in a NiTi shape memory alloy. Materials Science and Engineering, A, 2002, vol. 332, pp. 25–28. https://doi.org/10.1117/12.514736Variation in kinetics of martensitic transformation during partial thermal cycling of the TiNi alloy / S. Belyaev [et al.] // Thermochim. Acta. – 2014. – Vol. 582. – P. 46–52. https://doi.org/10.1016/j.tca.2014.03.002Belyaev S., Resnina N., Sibirev A., Lomakin I. Variation in kinetics of martensitic transformation during partial thermal cycling of the TiNi alloy. ThermochimicaActa, 2014, vol. 582, pp. 46–52.https://doi.org/10.1016/j.tca.2014.03.002Lesota, A. V. Calculation of the effect of plastic deformationon thermo-kinetic electromotive force in TiNi alloy / A. V. Lesota, V. V. Rubanik, V. V. Rubanik Jr. // Lett. Mater. – 2018. – Vol. 8, № 4. – P. 401–405. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-4-401-405Lesota A.V., Rubanik V. V., Rubanik V. V., Jr. Calculation of the effect of plastic deformationon thermo-kinetic electromotive force in TiNi alloy. Letters on Materials, 2018, vol. 8, no. 4, pp. 401–405. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-4-401-405

The authors declare that there are no conflicts of interest present.