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TEM in-situ Untersuchungen an Ti-Ni basierten Formgedächtnislegierungen

dc.contributor.advisorVolkert, Cynthia Prof.
dc.contributor.authorWuttke, Timo
dc.date.accessioned2018-05-03T09:17:02Z
dc.date.available2018-05-03T09:17:02Z
dc.date.issued2018-05-03
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E3D8-5
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-6851
dc.language.isodeude
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc530de
dc.titleTEM in-situ Untersuchungen an Ti-Ni basierten Formgedächtnislegierungende
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedTEM in-situ studies of Ti-Ni based shape memory alloysde
dc.contributor.refereeVolkert, Cynthia Prof.
dc.date.examination2018-04-05
dc.subject.gokPhysik (PPN621336750)de
dc.description.abstractgerFormgedächtnislegierungen wurden nach ihrer Fähigkeit benannt, eine plastische Verformung durch Temperaturerhöhung umkehren zu können. Dieser Effekt basiert auf einer reversiblen, diffusionslosen Phasenumwandlung zwischen einer Tieftemperaturphase (Martensit) und einer Hochtemperaturphase (Austenit). Ti-Ni basierte Formgedächtnislegierungen besitzen hervorragende funktionellen Eigenschaften und werden deshalb als Aktoren in Industrie, Wissenschaft und Medizin eingesetzt. Einschränkungen ergeben sich durch die sogenannte Umwandlungsermüdung, mit der die graduelle Abnahme der funktionellen Eigenschaften während des mechanischen oder thermischen Zyklierens bezeichnet wird. Es gibt deutliche Anzeichen dafür, dass beim Zyklieren erzeugte Defekte eine wichtige Rolle für die Entstehung der Umwandlungsermüdung spielen. Die Wechselwirkung zwischen funktionellen Eigenschaften und mikrostrukturellen Änderungen ist allerdings nicht verstanden und entscheidend für ein tieferes Verständnis der Umwandlungsermüdung. In dieser Arbeit wurde die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) eingesetzt, um die Phasenumwandlungen in Ti-Ni basierten Formgedächtnislegierungen zu studieren. Außerdem wurde eine neuartige in-situ Methode entwickelt, um die mikrostrukturellen Änderungen einer Ti51Ni49 und einer Ti50Ni30Cu20 Legierung während der ersten 100 thermischen Zyklen untersuchen zu können. Im Falle der Ti50Ni30Cu20 Legierung werden keine irreversiblen mikrostrukturellen Änderungen beobachtet, was auf eine gute Resistenz gegen die Umwandlungsermüdung schließen lässt. Für die Ti51Ni49 Legierung wird dagegen je nach Mikrostruktur entweder eine Abnahme der Temperatur zur Martensitbildung (Martensitunterdrückung) oder eine Zunahme der Temperatur zur Martensitbildung (Martensitstabilisierung) beobachtet. Die Ergebnisse werden anhand von Defekten diskutiert, die beim Zyklieren entstehen und entweder die Martensitbildung kinetisch unterdrücken oder das Martensit energetisch stabilisieren. Die lokale Variation der Umwandlungsermüdung wird anhand unterschiedlicher kristallographischer Spannungszustände erklärt. Andere Themen dieser Arbeit sind der Einfluss der Probendicke auf die Phasenumwandlungen und die Auswirkungen des TEM-Elektronenstrahls, insbesondere im Hinblick auf den Einsatz von hochauflösenden Techniken (HRTEM).de
dc.description.abstractengShape memory alloys (SMAs) are named after their ability to recover plastic deformation upon heating and return to their original undeformed shape. The key mechanism responsible for this behavior is a reversible diffusionless solid-state phase transition between a low temperature martensite and a high temperature austenite phase. Ti-Ni based alloys have outstanding functional properties and are used as actuators in various industrial, scientific and medical fields. Limitations arise in form of functional fatigue which describes the decrease of functional properties during thermal or mechanical cycling and shortens the lifetime of any SMA. Strong evidence exists that defects created during cycling play an important role for the development of functional fatigue. The interplay between functional parameters and microstructural changes during cycling is not understood though and crucial for a deeper understanding of functional fatigue. In this thesis in-situ transmission electron microscopy (TEM) was used to study the phase transformations in Ti-Ni based SMAs. A novel in-situ technique was developed to investigate microstructural changes within single grains of Ti51Ni49 and Ti50Ni30Cu20 shape memory alloys during 100 thermal cycles. No irreversible microstructural changes take place for the Ti50Ni30Cu20 alloy indicating a high fatigue resistance. Depending on the local microstructure, either a decrease in the austenite to martensite transformation temperature (hindered martensite) or an increase in the reverse transformation temperature (stabilized martensite) is observed for the Ti51Ni49 alloy. These phenomena are discussed in terms of fatigue-generated defects which either hinder the martensite formation kinetically or stabilize the martensite energetically. The local variation in fatigue behavior is explained by differences in local stress states. Other topics of this thesis are the effect of sample thickness on the phase transformations and the influence of the TEM electron beam, particularly with regard to high resolution techniques (HRTEM).de
dc.contributor.coRefereeSeibt, Michael Prof. Dr.
dc.subject.gerFormgedächtnislegierungde
dc.subject.gerUmwandlungsermüdungde
dc.subject.gerPhasenumwandlungde
dc.subject.gerDefektede
dc.subject.gerin-situ TEMde
dc.subject.gerTi-Nide
dc.subject.engshape memory alloyde
dc.subject.engfatiguede
dc.subject.engphase transformationde
dc.subject.engdefectsde
dc.subject.engin-situ TEMde
dc.subject.engTi-Nide
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-002E-E3D8-5-0
dc.affiliation.instituteFakultät für Physikde
dc.identifier.ppn1022272004


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