In this study, phase transformation characteristics of Nitinol shape memory alloy with 54.5wt%Ni-45.5wt%Ti were investigated by varying with annealing treatment and cutting conditions through DSC(differential scanning calorimetry). Annealing treatment conditions were considered as heat treated time of 5 min, 15 min, 30 min, and 45 min, heat treated temperature of 40$0^{\circ}C$, 50$0^{\circ}C$, 5$25^{\circ}C$, 55$0^{\circ}C$, 575$^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$, and 90$0^{\circ}C$, and environmental condition of heat treatment under vacuum or air. Cutting conditions were considered as no cutting, one side cutting, and two side cutting. Tensile test was also conducted on Nitinol shape memory alloy to investigate thermomechanical characteristics by varying with annealing heat treatment histories. According to the results, annealing treatment and cutting conditions were found to significantly affect on phase transformation and thermomechanical characteristics of Nitinol shape memory alloy.
Research into the replacement of injured systems and tissue in the human body is advancing rapidly. Recently, Ti-Ni shape memory alloys have shown excellent biofunctionality related to their shape memory effect and superelasticity. In this study, the effect of an acid or an alkali treatment on the bioactivity in 49Ti-Ni and 51.5Ti-48.5Ni alloys is investigated in an effort to utilize Ti-Ni alloy as a biomaterial. In addition, the biocompatibility in a SBF solution is assessed through in vitro testing. A porous surface was formed on the surface of both alloys after a chemical treatment. According to the in vitro test, apatite formed on the surfaces of both alloys. The forming rate of apatite in the Ti-rich alloy was faster that in the Ni-rich alloy. The formation of apatite provided proof of the bioactivity of the Ti-Ni alloy. A small quantity of Ni was eluted at the initial stage, whereas Ni was not found for 12 days in the Ti-rich alloy and for 8 days in the Ni-rich alloy. In the case of the treated 51.5Ti-Ni alloy, the shape memory property was worsened but the biocompatibility was improved.
This paper presents an experimental study on a bending actuator with a shape memory alloy wire. In this study, we introduced design process and experimental result of the bending actuator. The bending actuator consists of a SMA wire, springs, and a glass/epoxy strip. In the bending actuator, springs were used to restore the SMA wire to its initial shape right after actuation. To obtain properties of the SMA wire, DSC test was performed and the behavior of the SMA wire under different loadings was observed. Finally, the proposed bending actuator shows reasonable actuation behavior with relatively lower power consumption, fast response and effective efficiency.
Ni-Ti alloy has excellent corrosion resistance, biocompatibility, shape memory effect and superelasticity, so it has been used widely in biomedical fields. But it has difficulty in casting due to its high melting temperature and oxygen affinity at high temperature. Recently it has been attempted to cast Ni-Ti alloy using new casting machine and investment. The purpose of this study was to examine the superelastic behavior of cast shape memory Ni-Ti alloy and to compare the mechanical properties of the cast shape memory alloy with those of commercial alloys for removable partial denture framework. Ni-Ti alloy(Ni 50.25%, Ti 49.75% : atomic ratio) was cast with dental argon-arc pressure casting machine and Type IV gold alloy, Co-Cr alloy, Ni-Cr alloy, pure titanium were cast as reference. Experimental cast Ni-Ti alloy was treated with heat($500{\pm}2^{\circ}C$) in muffle furnace for 1 hour. Transformation temperature range of cast Ni-Ti alloy was measured with differential scanning calorimetry. The superelastic behavior and mechanical properties of cat Ni-Ti alloy were observed and evaluated by three point bending test, ultimate tensile test, Vickers microhardness test and scanning electron microscope. The results were as follows : 1. Cast Ni-Ti alloy(Ni 50.25%, Ti 49.75% : atomic ratio) was found to have superelastic behavior. 2. Stiffness of cast Ni-Ti alloy was considerably lesser than that of commercial alloys for removable partial denture. 3. Permanent deformation was observed in commercial alloys for removable partial denture framework at three point bending test over proportional limit(1.5mm deflection), but was not nearly observed in cast Ni-Ti alloy. 4. On the mechanical properties of ultimate tensile strength, elongation and Vickers microhardness number, cast Ni-Ti alloy was similiar to Type IV gold alloy, Co-Cr alloy, Ni-Cr alloy and pure titanium. With these results, cast Ni-Ti alloy had superelastic behavior and low stiffness. Therefore, it is suggested that cast Ni-Ti alloy may be applicated to base metal alloy for removable partial denture framework.
Fe-Mn-Si-Ni-Cr-TiC alloys have a shape memory property, recovering initial shape by heating. With an aim to improve a durability and stability of building and infrastructure, this Fe-based shape memory alloy (FSMA) can be employed to reinforce concrete structure with creation of compressive residual stress. In this work, corrosion resistance of FSMA was compared with general rebar and S400 carbon steel to evaluate the stability in concrete environment. Potentiodynamic polarization test in de-ionized water, tap-water and 3.5 wt.% NaCl solution with variations of pH was used to compare the corrosion resistance. FSMA shows better corrosion resistance than rebar and S400 in tested solutions. However, Cl-containing solution is critical to significantly reduce the corrosion resistance of FSMA. Therefore, though FSMA can be a promising candidate to replace the rebar and S400 for the reinforcement of concrete structure, serious cautions are required in marine environments.
Shape memory polyurethane (SMPU), grafted with a fluorescent dye (Rhodamine, Mehylene violet, or Fluorescein) through an allophanate linking, was tested for the fluorescence and the shape recovery effect. The main chain of SMPU was composed of 4,4'-methylenebis(phenylisocyanate) (MDI), poly(tetramethyleneglycol) (PTMG), and 1,4-butanediol (BD), and a fluorescent dye was connected through a second MDI linked to the carbamate moiety of the main chain. Three series of SMPU, differing according to their dye content, were prepared to compare their shape recovery and fluorescence properties. In tensile mechanical property, maximum stress increased up to 350% compared to the linear SMPU, and strain remained above 2000%. Shape recovery went to as high as 97%, and remained almost same after repetitive shape recovery test cycles. Finally, the fluorescence emission of SMPU was demonstrated in the luminescence spectrum and fluorescent light emission pictures. In addition, the response of SMPU to external stimuli such as metal ions was investigated.
The use of pre-tensioned shape memory alloy (SMA) wires to retrofit historic masonry structures is investigated. A small wall, serving as a prototype masonry specimen, is constructed to undergo a series of shaking-table tests. It is first studied in its original state, and its dynamic characteristics (in terms of modal frequencies) are extracted from the recorded signals. The results are then compared with those obtained when an increasing number of couples of pre-stressed SMA wires are introduced in the specimen to link the bricks together. A three-dimensional finite element model of the specimen is developed and calibrated according to the modal parameters identified from each experimental test (with and without SMA wires). The calibration process is conducted by enhancing the masonry mechanical behaviour. The results and the effectiveness of the approach are presented.
Shape memory alloy springs have been fabricated and annealed at $400^{\circ}C$, $450^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$ in atmosphere and in nitrogen gas. The optimal heat treatment condition in view of maximum generated force has been decided by the iso-thermal test with variation of annealing condition. Experimental results show that the heat treatment with high temperature in nitrogen gas is desirable for high generated force and can be used for the design of shape memory alloy springs.
This work discusses the numerical analysis, the design and experimental test of the SMA (Shape Memory Alloy) actuator along with its capabilities and limitations. Convection heating and cooling using water actuate the SMA element of the actuator. The fuel such as propane, having a high energy density, is used as the energy source for the SMA actuator in order to increase power and energy density of the system, and thus in order to obviate the need for electrical power supplies such as batteries. The system is composed of a pump, valves, bellows, a heater (burner), control unit and a displacement amplification device. The actuation frequency is compared with the prediction obtained from numerical analysis. For the designed SMA actuator system, the results of numerical analysis were utilized in determining design parameters and operating conditions.
TiNi/ Al6061 shape memory alloy (SMA) composite was fabricated by hot press method to investigate the microstructure and mechanical properties. Interface bonding between TiNi reinforcement and A1 matrix was observed by using SEM and EDS. Pre-strain was imposed to generate compressive residual stress inside composite. A tensile test for specimen, which under-went pre-strain, was performed at high temperature to evaluate the variation of strength and the effect of pre-strain. It was shown that interfacial reactions occurred at the bonding between matrix and fiber, creating two inter-metallic layers. And yield stress increased with the amount of pre-strain. Acoustic Emission technique was also used to nondestructively clarify the microscopic damage behavior at high temperature and the effect of pre-strain of TiNi/ Al6061 SMA composite.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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