«Сплавы с памятью формы обычно используются в качестве материалов для медицинских стентов из-за их интересной памяти формы и механических свойств, а также в других биомедицинских и инженерных приложениях», — говорит ведущий исследователь Раджив Ахлувалиа из Института высокопроизводительных вычислений A * STAR.Память формы относится к способности материала возвращаться к своей первоначальной форме, обычно при нагревании, после относительно большой степени деформации. Это восстановление формы происходит потому, что атомы в кристаллической структуре материала меняют свое относительное расположение при понижении температуры и возвращаются на свои исходные места при повторном нагревании.
Этот тип «мартенситного» превращения может быть чрезвычайно полезным в различных приложениях, но экспериментально было обнаружено, что это преобразование подавляется, когда составляющие кристаллические зерна приближаются к наноразмерным размерам. Это потенциально снижает применимость сплавов с памятью формы в небольших масштабах.Ахлувалия и его команда разработали математическую модель мартенситного превращения, которая успешно воспроизводит экспериментально наблюдаемое подавление превращения в этих материалах (см. Изображение).
«Наша модель показывает, что это подавление мартенситного превращения можно объяснить эффектами границ зерен», — объясняет Ахлувалия. «Границы зерен могут накладывать потери энергии во время трансформации, подавляя трансформацию локально на границах зерен и приводя к полному подавлению трансформации в мелких зернах размером меньше критического».Показывая, что преобразование, индуцированное температурой, подавляется в режиме нанозерна, выводы команды также объяснили уменьшение «механического гистерезиса» — разницы в том, как материал деформируется под действием заданной силы в зависимости от того, нагружает он или разгружает. размер зерна уменьшается. Это означает снижение потерь энергии и уменьшение механической усталости — желаемые свойства, которые можно получить за счет уменьшения размера зерна.
«Понимание причин такого интересного поведения при малых размерах зерен дает нам возможность конструировать микроструктуры материалов с желаемыми свойствами», — говорит Ахлувалия.Аффилированные с A * STAR исследователи, участвующие в этом исследовании, представляют Институт высокопроизводительных вычислений.