이 글을 시작하기 전에 먼저 두 가지 재료학 명사인 형상기억합금과 경도기능재료를 소개한다.형상기억합금은 형상기억효과가 있는 합금으로 임상의료 분야 및 분야에서 널리 활용되고 있다.예를 들어 인공위성의 방대한 안테나는 기억합금으로 제작할 수 있다. 인공위성을 발사하기 전에 포물면 안테나를 접어 위성 안에 넣고, 로켓이 하늘로 날아올라 인공위성을 예정된 궤도에 보낸 후 온도만 올리면 된다. 접힌 위성 안테나는'기억'기능을 가지고 있기 때문에 자연적으로 전개되어 포물면 모양을 회복한다.

(사진은 네트워크에서)

사다리꼴 기능 재료는 성분이나 구조상 연속적인 사다리꼴 변화를 보이는 신형 재료를 가리키며, 그 설계는 기능, 성능이 임의의 부품 내부 위치의 변화에 따라 변화하여 전체 성능을 최적화하도록 요구한다.예를 들어, 동물의 뼈는 외부가 질기고 내부가 푸석푸석하고 구멍이 많은 사다리 구조입니다.

(사진은 네트워크에서)

NiTi 합금이 기능적 그라데이션 구조와 형태 기억 성능의 이중 특성을 갖추게 되면 스마트 구성 요소로서의 광범위한 응용을 크게 촉진 할 것입니다.광동공업대학의 양양 등은 중복된 레이저처리수단을 통해 NiTi 형상기억합금이 경도기능을 획득하여 마씨체상변구간을 확대하여 형상기억합금의 통제가능성을 제고시켰다.미시적 구조와 경도 기능은 복잡한 결합 메커니즘을 가지고 있기 때문에 이번 연구에서 연구원들은 삼영정밀의 X선 현미경 CT (nanoVoxel-3000 시리즈) 를 이용하여 미시적 구조의 경도의 특징을 상세하게 표징하였다.아울러 순환변형과 경도시험을 통해 역학적 성능과 그라데이션 기능을 평가하고, 가공 매개변수가 미시적 조직·성능·단열 기리에 미치는 영향을 분석한 뒤 잠재적으로 복잡한 성능을 가진 그라데이션 니티합금을 설계하는 데 유리한 방법을 논의했다.이 작업은 3D 계층 NiTi 합금을 제조하기 위해 다양한 분야에서 기대하는 기능 성능을 충족시키기 위해 복잡한 구조 설계를 수행 할 수있는 새롭고 효과적인 방법을 제공합니다.

삼영정밀nanoVoxel-3000현미경 CT

사용된 레이저 반복 처리 정책은 두 단계로 나눌 수 있습니다.첫 번째 단계 (그림 1b 참조) 는 10W에서 91W로 레이저 출력 값이 점차 변화하는 초기 레이저 스캐닝과 관련됩니다.두 번째 단계 (그림 1c 참조) 는 60W의 고정 레이저 출력을 사용하여 동일한 레이어를 다시 녹이는 두 번째 반복 레이저 스캔 단계입니다.그림 1은 그라데이션 NiTi 합금을 제조하는 데 사용되는 반복 레이저 가공 전략의 도식도와 샘플 실물도를 보여준다.

현미경 CT 무손실 검사(NDT)는 시료의 외부 형태와 내부 결함을 테스트할 수 있다.nanoVoxel-3000 시스템을 사용하여 스트레치 시료를 스캔했습니다. 스트레치 시료의 측정 길이가 20mm인 것을 고려하여, 이 데이터는 이미지의 더 높은 해상도 구현을 제한합니다. 따라서 실험은 시료를 5개 부분으로 나누고 하나씩 스캔하여 더 나은 이미지 품질을 보장합니다.이 조건에서 X선 소스의 전압과 전류는 각각 150kV와 40μA, 노출 시간은 0.4s로 설정됐다. 시료가 현미경 CT 촬영 시 항상 시야에 있도록 해상도를 3μm로 설정해 소프트웨어로 이미지 재구성을 마쳤고, 마지막으로 Avizo 소프트웨어를 이용해 시료의 3차원(3D) 구조를 추가로 재구성했다.

그림 2에서 다섯 개의 이미지는 각 스트레치 시료가 그라데이션 방향을 따라 연속적으로 3차원으로 재구성됩니다.편의를 위해 그림 2와 같은 이미지의 연속 5부분을I, II, III, IV 및 V 섹션입니다(그림 1d 참조).그림 2의 각 이미지에 대해 초기 레이저 출력은 아래에서 위로 증가합니다.그림 2a에서 BD 및 GD로 정의된 좌표계는 빨간색 화살표로 선명하게 표시됩니다.그림 2d에는 0.4mm의 그라데이션 너비가 선명하게 표시됩니다.특히 부위별 표면 거칠기는 처리 조건에 따라 다르다.그림 2e에서 높은 레이저 출력에서 제조된 그라데이션 영역의 경우, 이러한 표면은 상대적으로 낮은 레이저 출력에서 제조된 표면보다 더 매끄럽습니다 (그림 2a와 b).

그림 2 다섯 개의 밀어내기 시료가 그라데이션 방향을 따라 연속적으로 3차원 재구성

그림 3의 녹색 픽셀은 다섯 부분의 3차원 내부 결함의 상응하는 형태를 나타내는데 그들 사이에는 각각 차이가 있다.그림 3은 그라데이션 방향에 따른 결함의 형태, 분포 및 체적 분수 변화를 보여줍니다.구체적으로 그림 3a에 표시된 Ⅰ 부분은 10W + 60W에서 25W + 60W까지의 그라데이션 영역에 해당하며 결함 형태는 불규칙합니다.TD-GD 평면 (그림 4a) 및 TD-BD 평면 (그림 4c) 의 횡단면에서 이러한 불규칙한 결함은 평면 결함이며 퇴적 층 사이의 TD 및 GD 방향으로도 신축됩니다.그림 3a에 표시된 샘플이 초기 낮은 레이저 출력에 대응하는 것을 고려할 때, 이러한 결함은 레이저 에너지의 총 입력이 충분히 높지만 초기 스캔 과정에서 레이저 에너지 입력이 부족하기 때문입니다.초기 레이저 출력이 증가함에 따라 그림 3b의 II 부분에 해당하는 그라데이션 영역은 27W+60W에서 41W+60W까지의 결함 체적 점수가 I 부분에 비해 작습니다 (그림 5의 경우 0.74%).그림 3c에서 볼 수 있는 III 부분은 중간 레이저 출력에 대응하여 가장 적은 결함을 포함하고 있다 (그림 5에서 볼 수 있는 0.09%).그림 3c 및 d의 높은 레이저 출력에 대응하는 그라데이션 영역의 결함은 다른 결함 *과 다릅니다.그림 3d의 IV 부분과 그림 3e의 V 부분의 경우 결함의 기하학적 형태가 작아지고 구형이 됩니다.이 결함은 선택적 레이저 용해 (SLM) 로 만든 금속에서"잠금 구멍"으로 불리며 일반적으로 레이저 전력의 과다 입력과 관련이 있습니다.흥미롭게도 그림 3d 하단 영역의 레이저 출력이 상대적으로 낮고 계층화가 덜 심각한 상황에 비해 구형 결함의 분포는 계층화 현상을 나타낸다.자물쇠 구멍 결함은 인접한 그라데이션 영역의 경계에서 거의 사라지고 용해 영역은 상대적으로 낮은 레이저 출력에 대응합니다.따라서 자물쇠 구멍 결함은 레이저 출력이 과열된 용해체 풀 때문이라고 볼 수 있다.

그림 3은 다섯 개의 스트레치 시험 부품 스캔 결과를 3차원으로 재구성하여 다섯 부분의 서로 다른 부위의 내부 결함을 드러낸다

모든 결함의 크기는 현미경 CT 검사 결과에 따라 통계적으로 분석됩니다.세 가지 결함의 크기는 그림 4b와 그림 4d를 예로 들 수 있습니다.그림 4c의 평균 결함 길이는 약 0.21mm, 그림 4d의 평균 결함 길이는 약 0.04mm이다. 따라서 저출력으로 형성된 불규칙한 평면 결함은 고출력으로 형성된 자물쇠 구멍 결함보다 10배 가까이 크다.모든 다섯 부분의 결함의 체적 분수를 동시에 분석했다.그림 5의 히스토그램은 결함의 다른 부분의 체적 분수 변화를 보여줍니다.Ⅰ 부분의 체적 점수는 2.84%, V 부분은 7.09%이다.III 부분의 결함 체적 점수는 43W~59W 사이에서 0.09% 낮게 만들어졌다.이는 최소한의 내부 결함을 형성하는 데 있어서 중간 정도의 레이저 에너지 입력으로 NiTi 합금을 만드는 것이 바람직하다는 것을 보여준다.

그림 5 기능 그라데이션 샘플의 결함 체적 분수

CT 스캔 재구성 결과는 그림 3과 그림 4와 같이 계층형 시료의 외부 형태와 내부 결함이 첫 번째 단계의 초기 레이저 출력의 변화에 따라 달라집니다.낮은 초기 레이저 출력에서 레이어 사이에 위치한 거친 표면과 평면의 불규칙한 결함이 형성되었습니다.그러나 레이저 출력 입력이 너무 크면 매끄러운 표면과 구형 자물쇠 구멍 결함이 생길 수 있다.그것들에 비해 중간 초기 레이저 출력 (43W-59W) 에 대응하는 미시적 구조는 표면을 상대적으로 매끄럽게 하고 결함을 최소화한다. 그림 2c와 같다.그림 6와 같은 내부 결함을 고려할 때, 첫 번째 단계는 레이저 스캐닝의 출력이 비교적 낮아 대량의 불규칙한 결함을 초래했으며, 반복 레이저 스캐닝을 통해 그림 6d와 같이 부분적으로 제거할 수 있다.그러나 출력이 일정한 60W의 초기 레이저 스캐닝과 60W의 2차 레이저 스캐닝과 같은 레이저 출력의 과도한 입력은 B19'상의 형성을 촉진하는 한편 더 많은 자물쇠 구멍을 형성한다.따라서 첫 번째와 두 번째 레이저 스캐닝 단계가 매우 중요하다는 것을 알고 있습니다.이러한 사실은 우리가 첫 번째 스캔 과정에서 30W 미만의 낮은 레이저 출력을 사용하는 것을 피해야 한다는 것을 제시한다. 왜냐하면 이것은 너무 많은 불규칙한 결함을 초래할 수 있기 때문이다.그러나 초기 레이저 출력이 60W보다 크면 잠금 구멍의 형성을 피하기 위해 2차 레이저 출력이 너무 높아서는 안 된다.

고해상도 현미경 CT를 통해 그라데이션 기능이 있는 NiTi 메모리 합금을 스캔하여 외관 형태와 내부 결함을 손상 없이 시각화하였으며, 기타 분석 수단과 결합하여 결함 형성의 메커니즘을 제시하였으며, 중복 레이저 처리 수단 선택 조건에 대한 지도적 조언을 제공하였으며, 그라데이션 기능이 있는 NiTi 메모리 합금 *을 연구하는 테스트 수단이다.