X-Ray Diffraction Studies of the Reversible Phase Transformation in NiTi Shape Memory Alloy

In the present paper the phase transformations occurring in hot worked and heat-treated Ni-rich NiTi shape memory alloy were studied using X-ray diffraction, differential scanning calorimetry and bend and free recovery measurements. Based on conducted measurements it can be seen that in the studied alloy two-step B2 $R$ B190 phase transitions occurred. Due to the fact that during heating the phase transition B2 ! R and R ! B190 occurs in a very narrow temperature range and differential scanning calorimetry peaks overlap additional X-ray diffraction measurements were performed. Obtained characteristic temperatures from applied different experimental methods are in good agreement. The optimum heat-treatment was selected to obtain rods with a shape recovery temperature Af below 37 C to prepare prototypes of medical implants activated by patients body heat

Modelowanie uporządkowania krótkozasięgowego na podstawie rozpraszania dyfuzyjnego w kryształach kompleksowych z przejściem spinowym (SCO) oraz w kryształach z falą gęstości ładunku (CDW)

Rozdział pierwszy niniejszej dysertacji dotyczy teorii rozpraszania dyfuzyjnego oraz opis procesu interpretacji tego zjawiska. Zostały w nim omówione wybrane metody i algorytmy służące do analizy rozpraszania dyfuzyjnego, tj. metody Monte Carlo i odwrotnego Monte Carlo. Rozdział drugi przedstawia aspekty pomiaru rozpraszania dyfuzyjnego z wykorzystaniem detektorów punktowych oraz jedno- i dwuwymiarowych detektorów promieniowania rentgenowskiego. Omówiono w nim. także przykłady niepożądanych efektów, na które należy wyeliminować w trakcie planowania rentgenowskiego pomiaru rozpraszania dyfuzyjnego. W rozdziale trzecim po krótkim wprowadzeniu dotyczącym teorii CDW przeanalizowano związek (NbSe^io 3I. w którym w całym zakresie temperatur występuje rozpraszanie dyfuzyjne. Związek (NbSe^io.iI z falą gęstości ładunku wykazuje bardzo interesujące zbliźniaczenie poniżej temperatury 285 K, które związane jest z obniżeniem symetrii z tetragonalnej do jednoskośnej. Na podstawie analizy rozszczepienia wybranego silnego refleksu dyfrakcyjnego wyznaczona została temperatura przejścia fazowego. Po raz pierwszy określono także grupę przestrzenną fazy jednoskośnej tego związku oraz rozwiązano na jej podstawie strukturę fazy niskotemperaturowej. W związku (NhSe4) |0 3 I w całym przebadanym zakresie temperatur występuje dodatkowo wyraźne rozpraszanie dyfuzyjne. W niniejszej dysertacji przedstawiono model porządku krótkiego zasięgu, który dobrze odwzorowuje obserwowane rozpraszanie dyfuzyjne. Model zakłada losowe przesunięcia kolumn NbSe4 w kierunku c oraz dodatkowe skorelowane przesunięcia atomów jodu leżących w kanałach pomiędzy kolumnami NbSe4. Jest on scharakteryzowany dwoma parametrami, których wartości określono na podstawie udokładnienia algorytmem ewolucyjnym. Tak wiec w niniejszej dysertacji udało się po raz pierwszy określić strukturę lokalną oraz rozwiązać strukturę fazy niskotemperaturowej. W rozdziale czwartym przeanalizowano struktury lokalne trzech wybranych związków kompleksowych wykazujących przejście spinowe: • |F e (d p p )2(NCS)2ppy jest związkiem kompleksowym wykazującym przejście spinowe, podczas którego zmiany parametrów sieciowych są dość drastyczne, tak że w czasie przejścia spinowego następuje zniszczenie monokryształów. W dysertacji udało się po raz pierwszy określić strukturę fazy niskospinowej na podstawie synchrotronowych pomiarów dyfrakcyjnych na próbce proszkowej oraz zaproponować nową grupę przestrzenną fazy wysoko- i niskospinowej na podstawie analizy geometrii molekuł. Zmiana parametrów sieciowych została wyjaśniona na podstawie analizy upakowania komórki elementarnej oraz zmian we wzajemnym ułożeniu występujących w niej kolumn składających się z molekuł [Fe(dpph(NCS)2]. Pomimo tak ciekawego zachowania parametrów sieciowych w kompleksie [Fe(dpp)2(NCSh]-py obserwuje się tylko statystyczny nieporządek pierścieni rozpuszczalnika pirazyny. Dzięki zastosowaniu obliczeń gęstości elektronowej metodą maksimum entropii udało się lepiej zobrazować nieuporządkowany pierścień pirazyny. W związku tym występuje też bardzo szeroka pętla histerezy (60 K). której występowanie zostało wyjaśnione na podstawie analizy wiązań wodorowych występujących w strukturze badanego związku. • Związek |F e (C H 3CN)4(Pyz)|(ClC>4)2 jest nowym związkiem kompleksowym, który po raz pierwszy został otrzymany w 2010 roku. wykazującym bardzo interesujące trójstopniowe przejście spinowe. Związek ten jest jednak bardzo higroskopijny. Pomimo tego udało się przeprowadzić rentgenowskie pomiary dyfrakcyjne oraz określić strukturę krystaliczną w całym przedziale przejścia spinowego. Poniżej temperatury 147 K. w strukturze pojawia się dodatkowa pozycja pierścienia pirazyny. której obsadzenie rośnie wraz z obniżaniem temperatury osiągając maksymalną wartość 20% w temperaturze 80 K. Wraz z pojawieniem się drugiej obsadzanej pozycji pojawia się także rozpraszanie dyfuzyjne. Na podstawie analizy rozpraszania dyfuzyjnego udało się zbudować model struktury lokalnej scharakteryzowany czterema parametrami korelacji pomiędzy dwoma obsadzanymi pozycjami wysoko- i niskotemperaturowymi. Udokładniając parametry struktury lokalnej za pomocą metod algorytmów ewolucyjnych udało się znaleźć poprawne wartości parametrów modelu struktury lokalnej dobrze opisujące eksperymentalne widmo dyfrakcyjne. Analiza modelu wykazała występowanie w strukturze krystalicznej warstw obsadzanych tylko przez pozycje pierścieni niskotemperaturowe albo tylko przez pozycje wysokotemperaturowe. • Związek (Fe(ptz)6|(B F 4)2 jest fascynującym układem wykazującym przejście spinowe, który jest badany różnymi technikami ju ż od prawie trzydziestu lat. Jest to związek, w którym można wygenerować aż sześć różnych faz w zależności o szybkości chłodzenia czy naświetlania światłem laserowym. W dysertacji przeprowadzono symulacje komputerowe rozszczepienia refleksów dyfrakcyjnych podczas przejścia układu do fazy nieuporządkowanej. Zaproponowany model struktury lokalnej składa się z dwóch typów mikrodomen. Model scharakteryzowany jest trzema parametrami, które dobrze opisują czasową ewolucję przejścia fazowego. Na podstawie wyników uzyskanych z przeprowadzonych symulacji po raz pierwszy udało się rozwiązać i udokładnić strukturę fazy nieuporządkowanej przy założeniu bardzo nietypowego zbliźniaczenia. Przeprowadzone pomiary magnetyczne na magnetometrze SQUID pozwoliły przeanalizować różnice w efektu LIESST w niskotemperaturowej fazie uporządkowanej i nieuporządkowanej związku [Fe(ptz)6](BF4)2. Przeprowadzono także komputerowe symulacje zachowania refleksów' dyfrakcyjnych podczas efektu LIESST. Na podstawie tych symulacji można wywnioskować, że struktura fazy nieuporządkowanej podczas efektu LIESST naświetlania światłem laserowym zmienia się tylko nieznacznie. Dla wszystkich przedstawionych związków udało się zbudować modele struktury lokalnej, dla których obliczony obraz rozpraszania dyfuzyjnego jest w satysfakcjonującej zgodności z obrazem eksperymentalnym. Dowodzi to. że stosowana metoda analizy struktury lokalnej jest użyteczna i daje wiarygodne wyniki. Przedstawione w dysertacji wyniki zostały opublikowane w 4 czasopismach z listy filadelfijskiej. Wyniki były także prezentowane na 3 międzynarodowych i 2 krajowych konferencjach krystalograficznych w formie prezentacji ustnych oraz posterowych

Role of Sn as a Process Control Agent on Mechanical Alloying Behavior of Nanocrystalline Titanium Based Powders

In this study, the e ects of Sn as a process control agent (PCA) on the final powder sizes, morphology, homogenization and alloying process of a new titanium alloy were investigated. Two kinds of powders, Ti10Ta8Mo and Ti10Ta8Mo3Sn (wt %), were prepared using a mechanical alloying process. For the Ti10Ta8Mo3Sn (wt %) alloy, the Sn element was used as PCA to enhance the milling process in the planetary ball mill. The milling process of both compositions was carried out with 200 rpm for 10, 15, 20, 40, 60, 80 and 100 h. The results confirmed that using Sn as a proces control agent can result in a relatively good size distribution and better yield performance compared to samples without Sn addition. The phase analysis using X-ray di raction proved the formation of the nanocrystalline phase and the partial phase transformation from to nanocrystalline phases of both alloy compositions. The Scaning Electron Micoscope- Backscattered Electrons SEM-BSE results confirmed that the use of Sn as the PCA can provide a better homogenization of samples prepared by at least 60 h of ball milling. Furthermore, the presence of Sn yielded the most uniform, spheroidal and finest particles after the longest milling time

Analyses of Waste Products Obtained by Laser Cutting of AW3103 Aluminium Alloy

In the presented research, the methods of scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction and transmission electron microscopy were applied to analyse the powder waste obtained by cutting of AW-3103 aluminium alloy using a fibre laser. The scanning electron microscopy allows to analyse the morphology of the waste microparticles, the energy-dispersive X-ray spectroscopy revealed their chemical composition, which was compared with the composition of the original cut material. In the waste powder, mainly plate-like particles were observed that contain almost pure aluminium. X-ray powder diffraction measurements confirmed that the waste powder is composed of aluminium phase with only a slight presence of other phases (magnetite, austenite and graphite) and the transmission electron microscopy revealed the presence of nanoscale particles in this waste powder. Furthermore, it was found that the average size of the microparticles depends on the thickness of the cut material: particles obtained from a thicker workpiece were substantially bigger than those obtained from the thinner material. On the contrary, the dimensions of the workpiece have only a little impact on the particles’ shape and no significant influence on their chemical composition. The results also suggest that the microparticles could be used as an input material for powder metallurgy. But there is also a certain health risk connected with inhalation of such tiny particles, especially the nanoparticles, which can penetrate deep into the human pulmonary system

The Rietveld Refinement of Beryls from Pegmatitic System at Piława Górna, Góry Sowie Block, SW Poland

The studied beryl crystals came from the Julianna pegmatitic system exposed in the Dolnoslaskie Surowce Skalne S.A. quarry at Piława Górna. This mineral occurs here in various forms and colours (green, yellow, white, pinkish and blue) in almost all pegmatite bodies. The paper describes the relationship between the structure and chemical composition of different coloured beryl crystals

Effect of the Boron Addition on the structure of the Ni-Mn-Co-In alloys

Series of Ni45:5xCo4:5Mn36:6In13:4Bx (at.%, x = 0, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0) polycrystalline magnetic shape memory alloys produced by the induction melting were examined in terms of the structure and transition temperatures. The structure of the alloys was determined by the X–ray diffraction and transmission electron microscopy. Scanning electron microscopy and electron backscattering diffraction techniques were applied to obtain the microstructure and texture of alloys. Boron addition promotes nucleation of the second Co–rich and In–poor phase as well as causes decrease of the martensitic transformation temperatures

Role of the molybdenum addition on the mechanical properties and structure of the NiCoMnIn alloys

In this paper, the influence of Mo addition on the structure and mechanical properties of the NiCoMnIn alloys have been studied. Series of polycrystalline NiCoMnIn alloys containing from 0 to 5 mas.% of Mo were produced by the arc melting technique. For the alloys containing Mo, two-phase microstructure was observed. Mo-rich precipitates were distributed randomly in the matrix. The relative volume fraction of the precipitates depends on the Mo content. The numbers of the Mo rich precipitates increases with the Mo contents. The structures of the phases were determined by the TEM. The mechanical properties of the alloys are strongly affected by Mo addition contents. Brittleness of the alloys increases with the Mo contents

Structure Characterization of Biomedical Ti-Mo-Sn Alloy Prepared by Mechanical Alloying Method

The study presents the results of the influence of high energy milling on the structure of the new Ti–15Mo– 5Sn [wt%] alloy for biomedical applications. During testing the powders were milled for the following milling times: 5, 15, 30, and 45 h. The milled powders were characterized by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy methods. Observation of the powder morphology after various stages of milling leads to the conclusion that with the increase of the milling time the size of the powder particles as well as the degree of aggregation change. However, a clear tendency of particles reduction at every stage of the mechanical alloying process is clearly observed. The X-ray diffraction results confirmed the presence of the and phases, and molybdenum. It has been found that the reflections from the Sn phase disappeared after five hours of milling, suggesting that the Sn and Ti alloying took place, leading to the creation of a titanium-based solid solution. After 30 and 45 h of mechanical alloying the formation of the -Ti phase, the final share of which is 46(4) wt%, was observed. Furthermore, it was found that a diffraction line broadening with the increase of the milling time results from reduction of the crystallite size and an increase in the lattice distortion. The maximum level of the reduction of the crystallite size was obtained after 45 h of milling. The maximum degree of the unit cells reduction for all phases present in the powder that was being milled was also observed for this milling time

Microstructure, phase transformations, and properties of hot-extruded Ni-rich NiTi shape memory alloy

Processing of NiTi shape memory alloys strongly influences their microstructure, phase transformations, mechanical, and shape memory properties. Hot forging, hot swaging, or hot rolling are efficient techniques for obtaining the desired shape, but during multiple operations the material must be heated and worked in the temperature range from 700 to 900 C. During these processes, intense oxidation takes place. In order to reduce it, the hot-pack working is applied. The hot extrusion is more effective for reduction of ingot, billet, and rod diameters than hot forging, hot swaging, or hot rolling. Also, during hot extrusion the material surface undergoes considerably less oxidation. In the present work, results of the characterization by differential scanning calorimetry, low-temperature x-ray powder diffraction, and three-point bending and free recovery ASTM F2082-06 tests of the samples after hot direct extrusion and heat treatment are presented. The obtained alloy after hot direct extrusion exhibits desired shape memory effect. The phase transformations during cooling and heating cycle occur with the presence of the R phase. The range of the characteristic temperatures for the obtained material gives possibility for further medical applications. After annealing at 400 and 500 C, the characteristic temperatures shift to higher values

Structure and Properties of NiTi Shape Memory Alloy after Cold Rolling in Martensitic State

Due to unique features, like shape memory effects and superelasticity, NiTi alloys with nearly equiatomic composition are used in various branches of industry. Application of severe plastic deformation can drastically change properties of the materials. In the present paper the Ni50:4Ti49:6 alloy after cold rolling in the martensitic state and further annealed is studied. Phase transformations were studied using X-ray diffraction and differential scanning calorimetry measurements. Microstructure was examined using transmission electron microscopy and electron backscattering diffraction methods. Mechanical properties of obtained alloys has been studied using Vickers microhardness tests. Based on the performed measurements it can be seen that in studied alloys two steps B2 $R$ B190 phase transitions occurred. Performed plastic deformation influences course of phase transitions and phases composition. Due to the reduction of grain size microhardness of the studied material is increasing with increase of deformation degree