PhD (Engineering), senior researcher
кандидат технических наук, старший научный сотрудник
engineer of 3rd category
инженер 3-й категории
PhD (Physics and Mathematics), Associate Professor
кандидат физико-математических наук, доцент
Using the single roller melt-spinning technique, thin Ti50Ni25Cu25 alloy ribbons (at. %) in the amorphous-crystalline state (thickness of 30÷50 micron and width from 1 to 2 mm) were produced. The study of the obtained samples using the scanning electronic microscopy and the X-ray diffraction phase analysis showed that, at the cooling rates of 105÷106 K/s, a ribbon was represented by a laminated amorphous-crystalline composite material, which showed a two-way shape memory effect (TWSME) behavior with the bending deformation without any additional thermo-mechanical treatment. It is determined that the rapidly quenched amorphous-crystalline composite forming is caused by the realization of shape memory effect through the martensitic transformations in the crystalline layer. The authors proposed the qualitative structural model of a composite material consisting of an amorphous layer and a pseudoplastically stretched crystal layer with the shape memory effect, which describes correctly the mechanical behavior of a composite under the TWSME. The capacity of developed amorphous-crystalline composite for the two-way bending deformation was used to create the miniature functional elements with the two-way shape memory for bending for the multipurpose micromechanical devices. In particular, on the basis of rapidly quenched Ti50Ni25Cu25 laminated amorphous-crystalline composite alloy having the reversible bending shape memory with the crystal layer thickness of 10 µm and the amorphous layer thickness of 30 µm, the micro-tweezers with the gap adjustable in the range from 10 to 500 microns and more depending on the size of captured object were designed and produced. The developed tweezer-based device can be used to pick and move micro-objects of different origin with the size from units to hundreds of microns. The authors demonstrated the prospects of the developed amorphous-crystalline composite with the TWSME for the creation on its base of the miniature functional elements with the reversible bending shape memory for the micromechanical devices in various engineering fields such as microelectronics, robotics or microbiology.
Методом спиннингования расплава на закалочном диске получены тонкие ленты из сплава Ti50Ni25Cu25 (ат. %) в аморфно-кристаллическом состоянии (толщиной 30÷50 мкм и шириной от 1 до 2 мм). Исследование полученных образцов сканирующей электронной микроскопией и рентгеноструктурным фазовым анализом показало, что при скорости охлаждения расплава 105÷106 К/с лента представляет собой слоистый аморфно-кристаллический композит, который проявляет эффект обратимой памяти формы (ЭОПФ) с деформацией изгибом без какой-либо дополнительной термомеханической обработки. Установлено, что формоизменение быстрозакалённого аморфно-кристаллического композита происходит за счет реализации эффекта памяти формы вследствие протекания мартенситных превращений в кристаллическом слое. Предложена качественная структурная модель композитного материала, состоящего из аморфного слоя и псевдопластически деформированного растяжением кристаллического слоя с эффектом памяти формы, которая корректно описывает механическое поведение композита при реализации ЭОПФ. Способность разработанного аморфно-кристаллического композита к обратимой изгибной деформации была использована для создания миниатюрных функциональных элементов с обратимой памятью формы на изгиб для микромеханических устройств различного назначения. В частности, на основе быстрозакалённого слоистого аморфно-кристаллического композита из сплава Ti50Ni25Cu25, обладающего обратимой памятью формы на изгиб, с толщинами кристаллического слоя 10 мкм и аморфного слоя 30 мкм, были разработаны и изготовлены микропинцеты с зазором, регулируемым в диапазоне от 10 до 500 мкм и более в зависимости от величины захватываемого объекта. Продемонстрирована возможность манипулирования микрообъектами с помощью изготовленного устройства. Разработанное устройство на основе микропинцета может быть использовано для захвата и перемещения микрообъектов различного происхождения размером от единиц до сотен мкм. Продемонстрирована перспективность разработанного аморфно-кристаллического композита с ЭОПФ для создания на его основе миниатюрных функциональных элементов с обратимой памятью формы на изгиб для микромеханических устройств в различных областях техники, таких как в мироэлектроника, робототехника или микробиология.