Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hợp kim Heusler Ni-Mn-Ga-Al

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hợp kim heusler ni mn ga al, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực

• Tác giả: Bùi Thị Ngọc Lan
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hải Yến
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật liệu
• Đề tài: Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hợp kim heusler ni mn ga al
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM NHỚ HÌNH HEUSLER NỀN Ni-Mn
• 1.1. Tổng quan về hợp kim nhớ hình
• 1.2. Hiệu ứng nhớ hình của hợp kim
• 1.3. Cơ chế biến đổi pha trong hợp kim nhớ hình
• 1.4. Lịch sử phát triển nghiên cứu hợp kim nhớ hình
• 1.5. Ứng dụng của hợp kim nhớ hình
• 1.6. Tổng quan về hợp kim nhớ hình Heusler nền Ni-Mn
• 1.7. Cấu trúc của hợp kim Heusler nền Ni-Mn
• 1.8. Tính chất từ của hợp kim Heusler nền Ni-Mn
• 1.9. Một số kết quả nghiên cứu về cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng nhớ hình của hợp kim Heusler nền Ni-Mn
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo mẫu
• 2.2. Tạo hợp kim ban đầu
• 2.3. Phun băng nguội nhanh
• 2.4. Các phép đo khảo sát mẫu
• 2.5. Phép đo khảo sát cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X
• 2.6. Phép đo khảo sát cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét
• 2.7. Phép đo khảo sát tính chất từ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Cấu trúc và tính chất từ của hợp kim nhớ hình Heusler Ni50Mn50-xGax
• 3.2. Cấu trúc của hợp kim nhớ hình Heusler Ni50Mn50-xGax
• 3.3. Tính chất từ của hợp kim nhớ hình Heusler Ni50Mn50-xGax
• 3.4. Ảnh hưởng của Co lên cấu trúc và tính chất từ của hợp kim nhớ hình Heusler Ni50-xCoxMn29Ga21
• 3.4.1. Ảnh hưởng của Co lên cấu trúc của hợp kim nhớ hình Heusler Ni50-xCoxMn29Ga21
• 3.4.2. Ảnh hưởng của Co lên tính chất từ của hợp kim nhớ hình Heusler Ni50-xCoxMn29Ga21
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hợp Kim Heusler Ni Mn Ga Al Vật Liệu Tiên Tiến

Hợp kim nhớ hình (SMA) là vật liệu có khả năng phục hồi hình dạng ban đầu dưới tác động của nhiệt độ hoặc từ trường. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng nhớ hình (SME). Nguồn gốc của SME là sự chuyển pha cấu trúc tinh thể. SMA tồn tại ở hai pha: mactenxit (ổn định ở nhiệt độ thấp) và autenit (ổn định ở nhiệt độ cao). Các hợp kim Heusler Ni-Mn-(Ga, Al…) được quan tâm nghiên cứu vì chúng có nhiều hiệu ứng vật lý lý thú cho cả nghiên cứu cơ bản và ứng dụng: SME, hiệu ứng từ nhiệt (MCE), hiệu ứng áp-nhiệt, hiệu ứng siêu đàn hồi từ. Gần đây, hiệu ứng nhớ hình từ tính (MSME) trong hợp kim Heusler đã được tập trung nghiên cứu. Ưu điểm của các hợp kim này là SME của chúng được kích thích không chỉ bởi nhiệt độ mà còn bởi từ trường. Với kích thích từ trường, thời gian đáp ứng của SME rất nhanh và chính xác hơn so với trường hợp kích thích bằng nhiệt độ. Bên cạnh đó, thời gian sử dụng lâu hơn, khả năng tạo ra biến dạng và ứng suất cũng lớn hơn rất nhiều so với các vật liệu từ giảo hay áp điện. Do đó, chúng có lợi thế về ứng dụng như trong lĩnh vực cảm biến, điều khiển, truyền dẫn và chuyển đổi năng lượng.

1.1. Định Nghĩa và Cơ Chế Hiệu Ứng Nhớ Hình SME

Hiệu ứng nhớ hình (SME) là khả năng của vật liệu phục hồi hình dạng ban đầu khi chịu tác động của nhiệt độ hoặc từ trường. Cơ chế của SME liên quan đến sự chuyển pha cấu trúc tinh thể giữa pha mactenxit (nhiệt độ thấp) và pha autenit (nhiệt độ cao). Khi vật liệu bị biến dạng ở pha mactenxit, việc gia nhiệt sẽ kích hoạt chuyển pha sang autenit, khôi phục hình dạng ban đầu. Quá trình này có thể đảo ngược khi làm nguội, chuyển trở lại pha mactenxit. Theo [1-10], các hợp kim nhớ hình có thể tồn tại trong hai pha với cấu trúc tinh thể khác nhau, pha mactenxit hoặc pha autenit.

1.2. Ứng Dụng Tiềm Năng của Hợp Kim Nhớ Hình Heusler

Hợp kim nhớ hình Heusler, đặc biệt là Ni-Mn-Ga và Ni-Mn-Ga-Al, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Chúng có thể được sử dụng trong các thiết bị y sinh như ống nong động mạch và neo xương, cũng như trong các ứng dụng công nghiệp như van tự động và cảm biến nhiệt. Khả năng kích thích SME bằng từ trường mở ra cơ hội cho các ứng dụng tiên tiến trong cảm biến, điều khiển, truyền dẫn và chuyển đổi năng lượng. Các SMA có khả năng ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực y sinh, hàng không vũ trụ, vi điện tử, tự động hóa: chỉnh nha, neo xương, van tự động, cảm biến nhiệt, ống nano, rô bốt…

II. Vấn Đề Nghiên Cứu Tối Ưu Tính Chất Từ Hợp Kim Ni Mn Ga Al

Để đưa loại vật liệu này vào ứng dụng, người ta phải kiểm soát sự biến đổi pha cấu trúc và sự chuyển pha từ tính của chúng, có nghĩa là người ta phải tạo ra vật liệu có nhiệt độ và biên độ chuyển pha như mong muốn. MSME của hợp kim Ni-Mn-Ga được khám phá ra lần đầu tiên bởi Ullakko cùng cộng sự. Độ biến dạng lớn hơn 10% đã thu được do sự tác động từ trường bên ngoài. Kể từ đó, nhiều nghiên cứu về tính chất từ, SME và hiệu ứng từ nhiệt (MCE) của hợp kim Ni-Mn-Ga với các thành phần khác nhau đã được thực hiện. Hầu hết các hợp kim Heusler Ni-Mn-Ga có hai quá trình chuyển pha, chuyển pha bậc một (FOPT) và chuyển pha bậc hai (SOPT).

2.1. Ảnh Hưởng của Thành Phần Hóa Học Đến Chuyển Pha Martensite

Nhiệt độ chuyển pha mactenxit-autenit giảm khi tăng nồng độ Ga. Chuyển pha mactenxit-autenit của hợp kim Ni50+xMn27-xGa23 đã được quan sát trong vùng giàu Mn. TM-A của các hợp kim này tăng lên khi số điện tử hóa trị trên m i nguyên tử e/a tăng lên. Việc thêm Co vào hợp kim Ni-Mn-Ga đã tạo ra những thay đổi quan trọng trong cấu trúc và tính chất từ của hợp kim. Co tăng cường tương tác sắt từ trong pha autenit trong khi làm suy yếu tính sắt từ trong pha mactenxit dẫn đến tăng chuyển đổi M-A trong hợp kim.

2.2. Thách Thức Trong Chế Tạo Hợp Kim Heusler Dạng Khối

Các hợp kim khối yêu cầu một chế độ xử lý nhiệt phức tạp, thời gian ủ dài (lên đến vài ngày). Bằng cách sử dụng phương pháp phun băng nguội nhanh để chế tạo các hợp kim này, sự hình thành pha và các tính chất từ của hợp kim có thể được cải thiện đáng kể. Các nghiên cứu trước đây thường tập trung nhiều vào hợp kim Heusler Ni-Mn-Ga dạng khối. Các hợp kim khối yêu cầu một chế độ xử lý nhiệt phức tạp, thời gian ủ dài (lên đến vài ngày).

III. Phương Pháp Chế Tạo Phun Băng Nguội Nhanh Hợp Kim Ni Mn Ga

Bằng cách sử dụng phương pháp phun băng nguội nhanh để chế tạo các hợp kim này, sự hình thành pha và các tính chất từ của hợp kim có thể được cải thiện đáng kể. Từ những lý do trên chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận văn là: “Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của các hợp kim Heusler Ni-Mn-(Ga, Al…)”. Mục đích nghiên cứu là nghiên cứu ảnh hưởng của hợp phần lên cấu trúc và tính chất từ của các hợp kim Heusler Ni-Mn-(Ga, Al). Tìm ra hợp kim có từ tính tốt và có khả năng ứng dụng cao.

3.1. Ưu Điểm của Kỹ Thuật Phun Băng Nguội Nhanh

Kỹ thuật phun băng nguội nhanh mang lại nhiều ưu điểm so với phương pháp chế tạo hợp kim khối truyền thống. Quá trình làm nguội nhanh giúp ngăn chặn sự hình thành các pha không mong muốn và tạo ra cấu trúc vi mô đồng nhất hơn. Điều này có thể cải thiện đáng kể các tính chất từ và cơ học của hợp kim. Bằng cách sử dụng phương pháp phun băng nguội nhanh để chế tạo các hợp kim này, sự hình thành pha và các tính chất từ của hợp kim có thể được cải thiện đáng kể.

3.2. Quy Trình Chế Tạo Mẫu Băng Hợp Kim Ni Mn Ga Al

Quy trình chế tạo mẫu băng hợp kim Ni-Mn-Ga-Al bằng phương pháp phun băng nguội nhanh bao gồm các bước sau: (1) Tạo hợp kim ban đầu bằng phương pháp nấu hồ quang. (2) Phun hợp kim nóng chảy lên một bề mặt làm lạnh nhanh, tạo thành băng mỏng. (3) Thu thập và xử lý các băng hợp kim để chuẩn bị cho các phép đo khảo sát cấu trúc và tính chất. Luận văn được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm: - Tạo mẫu khối bằng phương pháp nấu hồ quang. - Tạo mẫu băng bằng phương pháp phun băng nguội nhanh.

IV. Phân Tích Cấu Trúc XRD và SEM Hợp Kim Heusler Ni Mn Ga Al

Luận văn được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm: - Tạo mẫu khối bằng phương pháp nấu hồ quang. - Tạo mẫu băng bằng phương pháp phun băng nguội nhanh. - Xác định cấu trúc của mẫu bằng phương pháp phân t ch nhiễu xạ tia X. - Khảo sát t nh chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của mẫu trên hệ từ kế mẫu rung. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn bao gồm 3 chương, cụ thể như sau: - Chương 1: Tổng quan về hợp kim nhớ hình Heusler nền Ni-Mn - Chương 2: Kỹ thuật thực nghiệm - Chương 3: Kết quả và thảo luận

4.1. Phân Tích XRD Xác Định Cấu Trúc Tinh Thể

Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) là một phương pháp quan trọng để xác định cấu trúc tinh thể của hợp kim Heusler Ni-Mn-Ga-Al. Dữ liệu XRD có thể cung cấp thông tin về các pha tinh thể có mặt trong mẫu, hằng số mạng và mức độ trật tự tinh thể. Các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc L21 của hợp kim Heusler có thể được xác định và phân tích để đánh giá chất lượng của mẫu. - Xác định cấu trúc của mẫu bằng phương pháp phân t ch nhiễu xạ tia X.

4.2. Phân Tích SEM Nghiên Cứu Hình Thái Bề Mặt và Vi Cấu Trúc

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để nghiên cứu hình thái bề mặt và vi cấu trúc của các băng hợp kim Ni-Mn-Ga-Al. Ảnh SEM có thể cho thấy kích thước hạt, sự phân bố pha và các khuyết tật cấu trúc. Phân tích SEM kết hợp với phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) có thể cung cấp thông tin về thành phần hóa học của các pha khác nhau trong mẫu. - Khảo sát t nh chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của mẫu trên hệ từ kế mẫu rung.

V. Đo Đạc Tính Chất Từ SQUID và VSM Hợp Kim Ni Mn Ga Al

Mối liên hệ giữa cấu trúc với chuyển pha từ trong các vật liệu đang là một đối tượng lý thú cho nghiên cứu cơ bản. Vì vậy, đề tài là cấp thiết và có ý nghĩa khoa học cao. Các hợp kim Heusler Ni-Mn-(Ga, Al…) được quan tâm nghiên cứu vì chúng có nhiều hiệu ứng vật lý lý thú cho cả nghiên cứu cơ bản và ứng dụng: hiệu ứng nhớ hình (Shape Memory Effect - SME), hiệu ứng từ nhiệt (Magnetocaloric Effect - MCE), hiệu ứng áp-nhiệt (Barocaloric Effect), hiệu ứng siêu đàn hồi từ (Magnetic Superelastic Effect)…

5.1. Đo Từ Kế SQUID Khảo Sát Độ Nhạy Từ Tính Cao

Từ kế SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) là một công cụ mạnh mẽ để đo các tính chất từ của vật liệu với độ nhạy cao. SQUID có thể được sử dụng để đo từ độ, độ cảm từ và các đường cong từ trễ của hợp kim Ni-Mn-Ga-Al trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Dữ liệu SQUID có thể cung cấp thông tin về nhiệt độ Curie, từ độ bão hòa và lực kháng từ của mẫu.

5.2. Đo Từ Kế Mẫu Rung VSM Nghiên Cứu Từ Trễ và Từ Hóa

Từ kế mẫu rung (VSM) là một phương pháp phổ biến để đo các tính chất từ của vật liệu. VSM có thể được sử dụng để đo các đường cong từ trễ và sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường của hợp kim Ni-Mn-Ga-Al. Dữ liệu VSM có thể cung cấp thông tin về từ độ bão hòa, lực kháng từ và tính dị hướng từ của mẫu.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Ứng Dụng Hợp Kim Heusler Ni Mn Ga Al

Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của hợp phần lên cấu trúc và tính chất từ của các hợp kim Heusler Ni-Mn-(Ga, Al. - Tìm ra hợp kim có từ tính tốt và có khả năng ứng dụng cao. Nội dung nghiên cứu - Chế tạo các băng hợp kim nguội nhanh Heusler Ni-Mn-(Ga, Al. - Khảo sát cấu trúc, tính chất từ của các băng hợp kim đã chế tạo được.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Cấu Trúc và Tính Chất Từ

Nghiên cứu này đã khảo sát cấu trúc và tính chất từ của hợp kim Heusler Ni-Mn-Ga-Al bằng các phương pháp chế tạo và phân tích khác nhau. Kết quả cho thấy rằng thành phần hóa học và phương pháp chế tạo có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc tinh thể và các tính chất từ của hợp kim. Các kết quả này có thể được sử dụng để tối ưu hóa thành phần và quy trình chế tạo để đạt được các tính chất mong muốn cho các ứng dụng cụ thể.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Ứng Dụng Thực Tế

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa thành phần hóa học và quy trình chế tạo để cải thiện các tính chất từ và cơ học của hợp kim Ni-Mn-Ga-Al. Nghiên cứu cũng có thể tập trung vào việc phát triển các ứng dụng cụ thể cho các hợp kim này, chẳng hạn như trong các thiết bị cảm biến, actuator và vật liệu từ nhiệt. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm cảm biến từ trường, actuator vi mô và hệ thống làm lạnh từ tính.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM NHỚ HÌNH HEUSLER NỀN Ni-Mn 1. Tổng quan về hợp kim nhớ hình 1. Hiệu ứng nhớ hình của hợp kim Hợp kim nhớ hình (Shape Memory Alloy - SMA) là vật liệu có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu khi chịu tác động của nhiệt độ hoặc từ trường. Hiện tượng biến đổi này được gọi là hiệu ứng nhớ hình (Shape Memory Effect - SME).

Nguồn gốc của hiệu ứng nhớ hình này là do có sự chuyển pha cấu trúc tinh thể của vật liệu dưới tác động của nhiệt độ hay từ trường. Hợp kim nhớ hình có thể tồn tại trong hai pha với cấu trúc tinh thể khác nhau, pha mactenxit hoặc pha autenit. Cấu trúc pha autenit ổn định ở nhiệt độ cao, cấu trúc pha mactenxit lại ổn định ở nhiệt độ thấp hơn. Khi hợp kim nhớ hình bị đốt nóng, nó bắt đầu biến đổi từ pha mactenxit sang pha autenit.

Nếu một hợp kim nhớ hình bị làm biến dạng ở nhiệt độ tồn tại cấu trúc mactenxit thì khi bị đốt nóng đến nhiệt độ bắt đầu chuyển sang pha cấu trúc autenit (As), nó dần chuyển về hình dạng ban đầu và trở về nguyên dạng khi pha mactenxit biến đổi hoàn toàn sang pha autenit (Af). Khi giảm nhiệt độ, cấu trúc của hợp kim nhớ hình lại biến đổi từ pha autenit sang pha mactenxit trong khoảng nhiệt độ từ Ms (nhiệt độ bắt đầu) tới Mf (nhiệt độ kết thúc). Quá trình biến đổi này được mô tả trên hình 1. Sự biến đổi pha cấu trúc mactenxit-autenit trong một số hợp kim nhớ hình có thể xảy ra dưới tác dụng của từ trường ngoài [10-19].

Hiệu ứng nhớ hình trong các hợp kim [19]. Độ từ trễ là thước đo sự khác nhau về nhiệt độ chuyển pha giữa hai quá trình đốt nóng và làm lạnh (tức là ΔT = Mf - Ms), thường được xác định giữa nhiệt độ mà vật liệu ở đó 50% chuyển thành autenit khi gia nhiệt và 50% chuyển thành mactenxit khi làm mát [21]. Tính chất này rất quan trọng và cần được xem xét cẩn n 5 thận trong quá trình lựa chọn vật liệu SMA cho các ứng dụng kỹ thuật được nhắm mục tiêu; ví dụ: cần có độ trễ nhỏ cho các ứng dụng khởi động nhanh (như MEMS và robot), độ trễ lớn hơn được yêu cầu để giữ lại hình dạng xác định trước trong một dải nhiệt độ lớn (chẳng hạn như trong các cấu trúc có thể triển khai và nối ống) [22]. Ngoài ra, nhiệt độ chuyển pha được đề cập đến để xác định phạm vi hoạt động của ứng dụng.

Các nhiệt độ chuyển pha và đường cong từ trễ bị ảnh hưởng bởi thành phần của vật liệu hợp kim nhớ hình, quá trình xử lý nhiệt phù hợp với SMA và môi trường làm việc ứng dụng của nó. Các nhiệt độ chuyển pha này có thể được đo trực tiếp bằng các kỹ thuật khác nhau như đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC), đo điện trở suất như một hàm của nhiệt độ, và có thể được xác định gián tiếp từ một loạt các thí nghiệm chu kỳ nhiệt ứng suất không đổi. Đối với các SMA nhớ hình từ tính, các nhiệt độ chuyển pha này có thể được xác định bằng cách khảo sát sự phụ thuộc của từ độ theo nhiệt độ, các đường cong từ nhiệt M(T). Sự biến đổi pha trong hợp kim nhớ hình dạng NiTi [20].

Một số tính chất cơ học của các hợp kim nhớ hình cũng khác nhau giữa hai pha này như mô đun Young, điện trở suất, độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt [23]. Cấu trúc autenit tương đối cứng và có mô đun Young cao hơn nhiều; trong khi cấu trúc mactenxit mềm hơn và dễ uốn hơn; tức là có thể dễ dàng bị biến dạng khi tác dụng ngoại lực [24]. Hiệu ứng nhớ hình là kết quả của sự biến đổi mactenxit đã được biết đến từ giữa những năm 1950, khi hiệu ứng này được phát hiện trong các hợp kim cơ bản bằng đồng. Ngày nay, những hợp kim này là bộ nhớ hình dạng và hợp kim siêu đàn hồi được sử dụng rộng rãi, kết hợp hiệu ứng bộ nhớ hình dạng rõ rệt nhất và tính n 6 siêu đàn hồi, khả năng chống ăn mòn và t nh tương th ch sinh học, và các đặc tính kỹ thuật vượt trội.

Cơ chế biến đổi pha trong vật liệu nhớ hình Hợp kim nhớ hình có thể tồn tại với cấu trúc đa tinh thể ở hai giai đoạn khác nhau khi nó chịu một số yếu tố bên ngoài. SMA biến dạng bằng cách tác dụng lực và phục hồi hình dạng nguyên bản của chúng bằng việc thay đổi nhiệt độ hoặc từ trường. Trong vùng nhiệt độ hoạt động, các hợp kim nhớ hình tồn tại ở hai pha, chúng khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể. Pha tồn tại ở nhiệt độ cao là pha autenit (A) và pha tồn tại ở nhiệt độ thấp là pha mactenxit (M).

So với pha mactenxit (kiểu tứ giác hoặc trực thoi), pha autenit (thường có kiểu mạng lập phương) có cấu trúc mạng tinh thể khác biệt. Sự thay đổi từ cấu trúc mạng tinh thể này sang cấu trúc mạng tinh thể khác không xảy ra bởi sự khuếch tán của các nguyên tử mà bởi sự biến dạng của mạng tinh thể, đó ch nh là quá trình chuyển pha cấu trúc. M i tinh thể mactenxit khi được tạo thành có thể có sự định hướng khác nhau, sự định hướng đó được gọi là biến thể. Về mặt tinh thể học, sự biến đổi từ autenit thành mactenxit thường thông qua hai phần: Sức căng Bain (Brain strain) và lực cắt bất biến của mạng tinh thể (lattice-invariant shear).

Sức căng Bain bao gồm tất cả các chuyển động nguyên tử cần thiết để tạo ra cấu trúc mới. Để minh họa quá trình này một cách dễ hiểu, chúng ta có thể xem xét theo mô hình 2 chiều như trong hình 1. Giản đồ 2 chiều của sự dịch chuyển theo sức căng. Lưu ý rằng khi mặt phân cắt giữa hai giai đoạn phát triển, m i nguyên tử chỉ di chuyển một đoạn rất nhỏ.

Cấu trúc mactenxit mới là kết quả của tất cả những các chuyển động phối hợp nhỏ mà không có bất kỳ sự khuếch tán nguyên tử nào. n 7 Phần thứ hai của phép biến đổi mactenxit, lực tác động làm biến đổi mạng tinh thể theo kiểu "cắt": cấu trúc mactenxit được tạo ra bởi bước trước đó là một hình dạng khác với autenit lân cận và do đó phải được điều chỉnh bằng cách nào đó đến cấu trúc lân cận chưa được chuyển đổi. Có hai cơ chế có thể xảy ra: trượt và kết cặp.4 biểu diễn hai cơ chế trượt và kết cặp [8]. Trong cả hai trường hợp, m i ô cơ sở có cấu trúc mactenxit mới, nhưng hình dạng tổng thể là của cấu trúc ban đầu autenit.

Trượt là một quá trình thường trực, trong khi kết cặp là một quá trình có thể đảo ngược. Do đó, để hiệu ứng nhớ hình có thể xảy ra, thì sự kết cặp nhất định phải chiếm ưu thế trong quá trình biến đổi. Hai cơ chế trượt (a) và kết cặp (b). Mô hình hai chiều có thể chỉ ra làm thế nào ở trạng thái không có ngoại lực tác động vào vật liệu các biến thể tương tự được kết cặp trong cấu hình được gọi là kết hợp, trong đó biên giữa các cặp biến thể là mặt phẳng gương.

Các biên kết cặp có năng lượng rất thấp và khá linh động. Do đó, nếu một ứng suất được tác động lên kết cấu, ranh giới cặp sẽ dễ dàng di chuyển, tạo ra một hình dạng đáp ứng tốt với ứng suất tác động. Điều này giúp chúng ta dễ dàng uốn, bẻ cong vật liệu theo hình dạng mong muốn. Sự hình thành của nhiều biến thể cặp thành một biến thể duy nhất được gọi là song tinh (detwinning) mactenxit biến dạng.

Quá trình song tinh mactenxit biến dạng được biểu diễn trên hình 1. Sự biến đổi ngược có thể xảy ra vì các tinh thể có xu hướng định hướng lại về cấu hình ban đầu có xu hướng đạt đến trạng thái tổng năng lượng thấp hơn, nhờ một tính chất gọi là khả năng đảo ngược tinh thể. Quá trình biến dạng song tinh mactenxit [20]. Lịch sử phát triển nghiên cứu hợp kim nhớ hình Năm 1932, hiệu ứng bộ nhớ hình dạng (SME) lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà vật lý người Thụy Điển Ame Ölander.

Vào thời điểm đó, khả năng lấy lại hình dạng ban đầu của AuCd sau khi nung nóng đã được nghiên cứu [27]. Các nghiên cứu sâu hơn được thực hiện bởi Chang và Cộng sự [28] năm 1951, Bever và Reynolds [29] vào năm 1952, người ta đã hiểu rõ hơn về hiệu ứng nhớ hình dạng của các hợp kim khác nhau Cu-Zn và Au-Cd. Họ làm rõ SMA có thể bị biến dạng trong giai đoạn mactenxit của nó ở nhiệt độ thấp. Khi bị nung nóng, SMA sẽ có thể phục hồi hình dạng ban đầu.

Từ đó trở đi, các nhà nghiên cứu đã tìm ra hiệu ứng nhớ hình được thể hiện trên nhiều hệ hợp kim khác. Một đặc tính quan trọng khác của SMA là tính giả đàn hồi (còn gọi là siêu đàn hồi), được phát hiện bởi Rachinger [30] vào năm 1958. Độ giả đàn hồi là khả năng của SMA trở lại hình dạng ban đầu sau khi loại bỏ tải trọng. Năm 1963, Buehler và Wang cho ra đời lớp hợp kim "Nitinol" (NiTi).

Hợp kim này có phần trăm nguyên tử của niken và titan gần như bằng nhau. Thuận lợi của NiTi là tiết kiệm chi phí hơn các SMA trước đó và khả năng tương th ch sinh học của nó (không độc hại). Kể từ khi phát hiện ra NiTi, nhiều sự chú ý và các ứng dụng kỹ thuật liên quan đến SMA đã được theo đuổi. Năm 1965, Wang và cộng sự [31] cho thấy nhiệt độ chuyển pha của niken và titan SMA có thể được thay đổi bằng cách thêm một nguyên tố hợp kim như Co hoặc Fe.

Phát hiện này đã giúp thương mại hóa SMA trong nhiều ngành công nghiệp. Năm 1969, Melton cùng các cộng sự [32] đã triển khai một trong những ứng dụng thương mại sớm nhất của SMA trong dự án máy bay chiến đấu F-14. Khớp nối làm bằng nitinol với nhiệt độ chuyển pha dưới 650C n 9 được sử dụng để ghép nối ống thủy lực máy bay. Do nhiệt độ biến đổi của các khớp nối thấp, các khớp nối này phải được bảo quản trong nitơ lỏng trước khi lắp ráp.

Năm 1996, Ullakko cùng các cộng sự [11] đã phát triển một loại SMA mới, được kích hoạt bởi từ trường. Đó là hệ hợp kim Ni-Mn-Ga. Độ biến dạng lớn hơn 10% đã thu được do sự tác động từ trường bên ngoài.