Влияние термообработки на величину термокинетической ЭДС при обратном фазовом переходе в никелиде титана

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.

память формы, никелид титана, термокинетическая ЭДС, мартенситные превращения, фазовый переход, отжиг, оксидный слой

1. Пушин, 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.

2. 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.

3. 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.738-739.292

4. Rubanik, 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.2017.04.057

5. Rubanik, 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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)00244-2

9. Исследование влияния состояния поверхности изделий из сплавов TiNi на параметры эффектов памяти формы / С. Д. Прокошкин [и др.] // Металлы. – 2009. – № 6. – С. 76–84.

10. 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.

11. 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.

12. 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.2010.10.142

13. Беляев, 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.

14. 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/10.1117/12.514736

15. Variation 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.2014.03.002

16. Lesota, 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/10.22226/2410-3535-2018-4-401-405