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Constrained incipient phase transformation in Ni-Mn-Ga films: A small-scale design challenge

  • Ni-Mn-Ga shape-memory alloys are promising candidates for large strain actuation and magnetocaloric cooling devices. In view of potential small-scale applications, we probe here nanomechanically the stress-induced austenite–martensite transition in single crystalline austenitic thin films as a function of temperature. In 0.5 μm thin films, a marked incipient phase transformation to martensite is observed during nanoindentation, leaving behind pockets of residual martensite after unloading. These nanomechanical instabilities occur irrespective of deformation rate and temperature, are Weibull distributed, and reveal large spatial variations in transformation stress. In contrast, at a larger film thickness of 2 μm fully reversible transformations occur, and mechanical loading remains entirely smooth. Ab-initio simulations demonstrate how an in-plane constraint can considerably increase the martensitic transformation stress, explaining the thickness-dependent nanomechanical behavior. TheseNi-Mn-Ga shape-memory alloys are promising candidates for large strain actuation and magnetocaloric cooling devices. In view of potential small-scale applications, we probe here nanomechanically the stress-induced austenite–martensite transition in single crystalline austenitic thin films as a function of temperature. In 0.5 μm thin films, a marked incipient phase transformation to martensite is observed during nanoindentation, leaving behind pockets of residual martensite after unloading. These nanomechanical instabilities occur irrespective of deformation rate and temperature, are Weibull distributed, and reveal large spatial variations in transformation stress. In contrast, at a larger film thickness of 2 μm fully reversible transformations occur, and mechanical loading remains entirely smooth. Ab-initio simulations demonstrate how an in-plane constraint can considerably increase the martensitic transformation stress, explaining the thickness-dependent nanomechanical behavior. These findings for a shape-memory Heusler alloy give insights into how reduced dimensions and constraints can lead to unexpectedly large transformation stresses that need to be considered in small-scale actuation design.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Adnan Fareed, Julian M. RosalieORCiD, Sourabh Kumar, S. Kar, Tilmann HickelORCiD, S. Fähler, Robert MaaßORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Materials & Design
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.0 Abteilungsleitung und andere
6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.4 Materialinformatik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier B.V.
Jahrgang/Band:233
Aufsatznummer:112259
Erste Seite:1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Incipient plasticity; Nanoindentation; NiMaGa; Shape-memory alloys
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
DOI:10.1016/j.matdes.2023.112259
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-581422
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:06.09.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:09.10.2023
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