DSC calibration in the study of shape memory alloys

Abstract

The unusual mechanical properties (i.e. shape memory effect and superelasticity) of shape memory alloys (SMA) rely on the thermoelastic martensitic transformation (TMT) which is a first-order solid-solid, non-diffusive phase transition, athermal in character.

Differential scanning calorimetry (DSC) is often used as a convenient method of investigating the thermal properties ofSMAs. The common practice of standard temperature calibration, required for a correct instrument performance, is here critically discussed in relation to the study of both the direct exothermic transformation on cooling, and the reverse endothermic transformation on heating in a NiTiSMA. The DSC results show that, with the standard temperature calibration, the instrument is calibrated on heating but un-calibrated on cooling. A general method is advanced to overcome this problem, intrinsically related to the dynamic character of DSC.

Zusammenfassung

Außergewöhnliche mechanische Eigenschaften (z. B. Form-Memoryeffekte und Superelastizität) von Formmemory-Legierungen (SMA) beruhen auf einer thermoelastischen martensitischen Umwandlung (TMT), bei der es sich um eine athermische, nichtdiffusive Feststoff-Feststoff-Phasenumwandlung erster Ordnung handelt.

DSC wird oft als praktische Methode zur Untersuchung der thermischen Eigenschaften von SMAs benutzt. Die übliche Anwendung der für eine präzise Gerätefunktion erforderlichen Standardtemperaturkalibration wird hier in Bezugnahme sowohl auf die direkte exotherme Umwandlung beim Abkühlen als auch auf die umgekehrte endotherme Umwandlung beim Erhitzen von NiTi SMA diskutiert. Die DSC-Ergebnisse zeigen, daß das Gerät durch diese Standardtemperaturkalibration zwar für das Erhitzen, nicht aber für das Abkühlen kalibriert ist. Es wird eine allgemeine Methode zur Überwindung dieses Problemes entwickelt und in Bezug zum dynamischen Charakter der DSC gesetzt.