Im Legierungssytem Ni-Mn-Ga tritt bei Zusammensetzungen nahe der stöchiometrischen Zusammensetzung Ni2MnGa der magnetische Formgedächtniseffekt auf. Darunter versteht man die Dehnung durch Bewegung von Zwillingsgrenzen im Magnetfeld. Einkristalle aus Ni-Mn-Ga mit einer tetragonalen 5M-Martensitstruktur zeigen magnetisch erzeugbare Dehnungen von bis zu 6 %. Diese großen Dehnungen verbunden mit der schnellen Schaltfrequenz von Magnetfeldern machen den Effekt interessant für technische Anwendungen z. B. als Aktoren. Derartige Einkristalle sind schwierig und teuer herzustellen, weshalb für technische Anwendung Polykristalle von Interesse sind. Diese lassen sich im Allgemeinen leichter und preiswerter herstellen. Um den magnetischen Formgedächtniseffekt in Polykristalle einzustellen, werden grobkörnige, texturierte Proben mittels des Verfahrens der gerichteten Erstarrung hergestellt. Die Gefügeuntersuchungen erfolgen mit metallographischen Schliffen und die Kornorientierungen werden mit der EBSD-Technik bestimmt. Um das Gefüge zu vergröbern, werden Glühungen nach einer aufgebrachten Warmverformung untersucht. Zur Verringerung der für die Bewegung der Zwillingsgrenzen notwendigen Spannung (Zwillingsspannung) werden die Proben im Druckversuch mechanisch trainiert. Dabei kann die Zwillingsspannung teilweise unter die magnetisch erzeugbare Spannung auf die Zwillingsgrenzen (Magnetospannung) abgesenkt werden. Eine weitere Absenkung der Zwillingsspannung wird durch eine plattenförmige Probengeometrie mit Dicken im Bereich der Korndurchmesser erreicht. An derartigen Proben wird magnetisch rückstellbare freie Dehnung durch Zwillingsgrenzenbewegung erzielt.

Eisen-Palladium-Legierungen sind besonders interessante Funktionsmaterialien, die vielfältige physikalische Eigenschaften besitzen, wie z. B. einen thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt sowie pseudoelastisches und pseudoplastisches Verhalten. In der Zusammensetzung Fe7Pd3 weist dieses Materialsystem zudem Biokompatibilität und eine hohe Duktilität auf, weshalb sich diese Legierung als Material für Implantate oder Aktuatoren im medizinischen Bereich eignet. Der magnetfeldinduzierte Formgedächtniseffekt wird in Fe7Pd3 ausschließlich in einer verzwillingten, kubisch-tetragonalen, martensitischen Struktur beobachtet und hängt von der Beweglichkeit der Zwillingsgrenzen im Material und der magnetischen Anisotropieenergie ab. Mit dem Ziel, Informationen über die Entstehung und das Verhalten von Zwillingsstrukturen an der Probenoberfläche und im Probeninneren zu gewinnen, befasst sich diese Arbeit mit den mechanischen Eigenschaften von freistehenden einkristallinartigen Fe7Pd3-Dünnschichten mit 500 nm Dicke. Bei Dehnungsexperimenten kann der spannungsinduzierte martensitische Phasenübergang in freistehenden Fe7Pd3-Dünnschichten in-situ mit Elektronenmikroskopie beobachtet werden. Während der Dehnung der Proben kann bei diesen Messungen außerdem die spannungsinduzierte Bewegung von Zwillingsstrukturen nachgewiesen werden. Die Beweglichkeit der Zwillingsgrenzen in den Proben wird zudem mit einem Aufbau zur Detektion akustischer Emissionen während Nanoindentations-Messungen untersucht. Bei diesen Messungen kann die spannungsinduzierte abrupte Bewegung von Zwillingsgrenzen festgehalten werden. Hierbei zeigt sich, dass diese in polykristallinen Fe7Pd3-Volumenproben unter Spannung in Bewegung versetzt werden, wohingegen dieses Verhalten in freistehenden Dünnschichten nicht nachgewiesen werden kann. Mit Dehnungsexperimenten und Nanoindentations-Messungen wird zusätzlich der Elastizitätsmodul der Proben bestimmt, der stark von der globalen bzw. lokalen Probenmorphologie beeinflusst wird und 2,2-8,3 GPa bzw. 3,5-10,2 GPa beträgt. Des Weiteren wird die mit Stoßwellen induzierte martensitische Umwandlung untersucht, indem die Ergebnissen von Molekulardynamik-Simulationen ausgewertet werden. Hierbei wird festgestellt, dass diese Behandlung, je nach Oberflächenmorphologie der Probe, eine Transformation zu einzelvariantem oder multivariantem Martensit induziert. Um die Qualität der Probenoberflächen zu verbessern, erfolgt zudem eine systematische Untersuchung des verwendeten Herstellungsverfahrens von Fe7Pd3-Dünnschichten.

Im Legierungssytem Ni-Mn-Ga tritt bei Zusammensetzungen nahe der stöchiometrischen Zusammensetzung Ni2MnGa der magnetische Formgedächtniseffekt auf. Darunter versteht man die Dehnung durch Bewegung von Zwillingsgrenzen im Magnetfeld. Einkristalle aus Ni-Mn-Ga mit einer tetragonalen 5M-Martensitstruktur zeigen magnetisch erzeugbare Dehnungen von bis zu 6 %. Diese großen Dehnungen verbunden mit der schnellen Schaltfrequenz von Magnetfeldern machen den Effekt interessant für technische Anwendungen z. B. als Aktoren. Derartige Einkristalle sind schwierig und teuer herzustellen, weshalb für technische Anwendung Polykristalle von Interesse sind. Diese lassen sich im Allgemeinen leichter und preiswerter herstellen. Um den magnetischen Formgedächtniseffekt in Polykristalle einzustellen, werden grobkörnige, texturierte Proben mittels des Verfahrens der gerichteten Erstarrung hergestellt. Die Gefügeuntersuchungen erfolgen mit metallographischen Schliffen und die Kornorientierungen werden mit der EBSD-Technik bestimmt. Um das Gefüge zu vergröbern, werden Glühungen nach einer aufgebrachten Warmverformung untersucht. Zur Verringerung der für die Bewegung der Zwillingsgrenzen notwendigen Spannung (Zwillingsspannung) werden die Proben im Druckversuch mechanisch trainiert. Dabei kann die Zwillingsspannung teilweise unter die magnetisch erzeugbare Spannung auf die Zwillingsgrenzen (Magnetospannung) abgesenkt werden. Eine weitere Absenkung der Zwillingsspannung wird durch eine plattenförmige Probengeometrie mit Dicken im Bereich der Korndurchmesser erreicht. An derartigen Proben wird magnetisch rückstellbare freie Dehnung durch Zwillingsgrenzenbewegung erzielt.

Mit Fe-Pd-Legierungen nahe der Zusammensetzung Fe70Pd30 kann man aufgrund des thermischen oder magnetischen Formgedächtniseffekts große Dehnungen erzeugen. Daher sind sie für Mikro- und Nanoaktoren sowie Sensoren von großem wissenschaftlichen und technologischen Interesse. Im Vergleich zu Massivmaterial und dünnen Schichten erwartet man für eindimensionale Geometrien wie Nanodrähte deutlich höhere Arbeitsfrequenzen und Dehnungen. Zur Herstellung von Nanodrähten eignet sich die elektrochemische Abscheidung in selbstordnende nanoporöse Membranen als effizienteste Methode gegenüber lithographischen oder physikalischen Methoden. Um den Formgedächtniseffekt auch in Fe-Pd-Nanodrähten mit ca. 30 at.% Pd zu nutzen, werden in dieser Arbeit entsprechende Herstellungsbedingungen wie Elektrolytsystem, Abscheideparameter und Nachbehandlung herausgearbeitet. Die Zusammenhänge zwischen Abscheidebedingungen und Morphologie, lokaler Mikrostruktur, Struktur sowie magnetischen Eigenschaften werden untersucht und bewertet. Es wird gezeigt, dass Fe-Pd-Nanodrähte trotz der Kombination aus edlem und unedlem Metall elektrochemisch hergestellt werden können. Ein komplexierter Fe-Pd-Elektrolyt in Kombination mit optimierten alternierenden Abscheidepotentialen führt reproduzierbar zu durchgehenden, nahezu defektfreien Nanodrähten nahe der Zusammensetzung Fe70Pd30. Mit einer nachträglichen Wärmebehandlung erreicht man eine vollständige Umwandlung der Fe-Pd-Legierung von der kubisch raumzentrierten zur kubisch flächenzentrierten Struktur. Die erfolgreiche Herstellung dieser Nanodrähte stellt eine Schlüsselposition auf dem Weg zu formgedächtnisbasierten Nanoaktoren dar. In dieser Arbeit konnten wichtige Ansatzpunkte zur Strukturkontrolle während der elektrochemischen Abscheidung und somit zur Aktivierung des Formgedächtniseffekts identifiziert werden. / Fe-Pd alloys at about 30 at.% Pd allow obtaining high length changes or strains in the percent range due to thermal or magnetic shape memory effect. They are especially promising candidates for smart and intelligent materials in micro- and nanoactuators as well as sensors. In comparison to bulk materials and thin films the utilization of nanowires promises higher actuation frequencies and strains, which further heighten the scientific and technological interest. Electrodeposition within self-organized nanoporous templates is a very time efficient method to prepare even large arrays of Fe-Pd nanowires of different length and diameter compared to lithographic or physical methods. The aim of this work is to exhibit the preparation conditions such as electrolyte system, deposition parameter and post treatment for shape memory active Fe-Pd nanowires at about 30 at.% Pd. Correlations between morphology, local microstructure, structure and magnetic properties are investigated and evaluated. Fe-Pd nanowires are successfully prepared by electrodeposition despite the combination of noble Pd and less noble Fe metals. The usage of an electrolyte with complexed Fe and Pd ions and an optimized alternating potential deposition regime leads to continuous and almost defect free nanowires close to the composition Fe70Pd30. The complete transition from the bcc to fcc structure of the Fe-Pd alloy is achieved by an additional heat treatment. However, the successful preparation of these nanowires represents a key element towards nanoactuators based on shape memory alloys. Fundamental knowledge about electrochemical preparation of Fe-Pd nanowires is gained. Important starting points towards structure control during deposition and activation of the shape memory effect are identified.

Mit Fe-Pd-Legierungen nahe der Zusammensetzung Fe70Pd30 kann man aufgrund des thermischen oder magnetischen Formgedächtniseffekts große Dehnungen erzeugen. Daher sind sie für Mikro- und Nanoaktoren sowie Sensoren von großem wissenschaftlichen und technologischen Interesse. Im Vergleich zu Massivmaterial und dünnen Schichten erwartet man für eindimensionale Geometrien wie Nanodrähte deutlich höhere Arbeitsfrequenzen und Dehnungen. Zur Herstellung von Nanodrähten eignet sich die elektrochemische Abscheidung in selbstordnende nanoporöse Membranen als effizienteste Methode gegenüber lithographischen oder physikalischen Methoden. Um den Formgedächtniseffekt auch in Fe-Pd-Nanodrähten mit ca. 30 at.% Pd zu nutzen, werden in dieser Arbeit entsprechende Herstellungsbedingungen wie Elektrolytsystem, Abscheideparameter und Nachbehandlung herausgearbeitet. Die Zusammenhänge zwischen Abscheidebedingungen und Morphologie, lokaler Mikrostruktur, Struktur sowie magnetischen Eigenschaften werden untersucht und bewertet. Es wird gezeigt, dass Fe-Pd-Nanodrähte trotz der Kombination aus edlem und unedlem Metall elektrochemisch hergestellt werden können. Ein komplexierter Fe-Pd-Elektrolyt in Kombination mit optimierten alternierenden Abscheidepotentialen führt reproduzierbar zu durchgehenden, nahezu defektfreien Nanodrähten nahe der Zusammensetzung Fe70Pd30. Mit einer nachträglichen Wärmebehandlung erreicht man eine vollständige Umwandlung der Fe-Pd-Legierung von der kubisch raumzentrierten zur kubisch flächenzentrierten Struktur. Die erfolgreiche Herstellung dieser Nanodrähte stellt eine Schlüsselposition auf dem Weg zu formgedächtnisbasierten Nanoaktoren dar. In dieser Arbeit konnten wichtige Ansatzpunkte zur Strukturkontrolle während der elektrochemischen Abscheidung und somit zur Aktivierung des Formgedächtniseffekts identifiziert werden. / Fe-Pd alloys at about 30 at.% Pd allow obtaining high length changes or strains in the percent range due to thermal or magnetic shape memory effect. They are especially promising candidates for smart and intelligent materials in micro- and nanoactuators as well as sensors. In comparison to bulk materials and thin films the utilization of nanowires promises higher actuation frequencies and strains, which further heighten the scientific and technological interest. Electrodeposition within self-organized nanoporous templates is a very time efficient method to prepare even large arrays of Fe-Pd nanowires of different length and diameter compared to lithographic or physical methods. The aim of this work is to exhibit the preparation conditions such as electrolyte system, deposition parameter and post treatment for shape memory active Fe-Pd nanowires at about 30 at.% Pd. Correlations between morphology, local microstructure, structure and magnetic properties are investigated and evaluated. Fe-Pd nanowires are successfully prepared by electrodeposition despite the combination of noble Pd and less noble Fe metals. The usage of an electrolyte with complexed Fe and Pd ions and an optimized alternating potential deposition regime leads to continuous and almost defect free nanowires close to the composition Fe70Pd30. The complete transition from the bcc to fcc structure of the Fe-Pd alloy is achieved by an additional heat treatment. However, the successful preparation of these nanowires represents a key element towards nanoactuators based on shape memory alloys. Fundamental knowledge about electrochemical preparation of Fe-Pd nanowires is gained. Important starting points towards structure control during deposition and activation of the shape memory effect are identified.

Kupferbasierte Legierungen mit Formgedächtniseffekt (z.B. Cu-Al-Ni-Mn) sind vergleichsweise kostengünstige Vertreter im Bereich der Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen mit vielversprechenden Umwandlungseigenschaften. Üblicherweise werden diese über konventionelle schmelzmetallurgische Prozesse hergestellt und dann einer thermomechanischen Behandlung unterzogen. Für die vorliegende Arbeit wurden die Formgedächtnislegierungen Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn und Cu-11,35Al-3,2Ni-3Mn-0,5Zr (m-%) unter Nutzung des selektiven Laserschmelzens (Selective Laser Melting – SLM) verarbeitet und Bauteile, nach einer Optimierung der Prozessparameter, mit einer hohen relativen Dichte (ca. 99%) hergestellt. Anschließend wurde der Einfluss des Energieeintrags, eines zusätzlichen Umschmelzschrittes (Mehrfachbelichtung) und einer Substratheizung auf das Gefüge, das Umwandlungsverhalten, die mechanischen Eigenschaften und die Rückverformung (Zweiweg-Effekt, Pseudoelastizität) untersucht. Zum Vergleich wurden weitere Probenkörper mittels Rascherstarrung der Schmelze hergestellt. Besonders die Korngröße und die thermische Stabilisierung der unterschiedlichen Phasen wirken sich unmittelbar auf die Umwandlungstemperaturen sowie das Rückverformungsverhalten aus. Durch die Nutzung des selektiven Laserschmelzens ergeben sich neue Möglichkeiten bei der Herstellung von endkonturnahen sowie geometrisch komplexen Bauteilen mit Formgedächtniseffekt. Zudem können die Gefüge, und damit die Umwandlungseigenschaften des Materials, bereits während der Herstellung eingestellt werden.

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