طبق باورهای رایج، فلزات بادوام ترین و مقاوم ترین مواد هستند. با این حال، آلیاژهایی وجود دارند که می توانند شکل خود را پس از تغییر شکل بدون اعمال بار خارجی بازیابی کنند. آنها همچنین با خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد دیگری مشخص می شوند که آنها را از مواد ساختاری متمایز می کند.
جوهر پدیده
اثر حافظه شکل آلیاژها این است که یک فلز از پیش تغییر شکل یافته به طور خود به خود در نتیجه گرم شدن یا به سادگی پس از تخلیه بازیابی می شود. این خواص غیرعادی در اوایل دهه 1950 مورد توجه دانشمندان قرار گرفت. قرن 20 حتی در آن زمان، این پدیده با دگرگونی‌های مارتنزیتی در شبکه کریستالی همراه بود، که طی آن یک حرکت منظم اتم‌ها وجود دارد.
مارتنزیت در مواد حافظه شکل ترموالاستیک است. این ساختار از کریستال هایی به شکل صفحات نازک تشکیل شده است که در لایه های بیرونی کشیده و در لایه های داخلی فشرده می شوند. "حامل" تغییر شکل مرزهای بین فازی، دوقلو و بین کریستالی هستند. پس از گرم کردن تغییر شکل داده شده استآلیاژ، تنش‌های داخلی ظاهر می‌شود و تلاش می‌کند تا فلز را به شکل اولیه خود بازگرداند.
ماهیت بهبودی خود به خودی به مکانیسم مواجهه قبلی و شرایط دمایی که تحت آن انجام شده است بستگی دارد. بیشترین علاقه چرخه ای چندگانه است که می تواند به چندین میلیون تغییر شکل برسد.
فلزات و آلیاژهای با اثر حافظه شکل خاصیت منحصر به فرد دیگری دارند - وابستگی غیرخطی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مواد به دما.
انواع
فرآیند فوق می تواند چندین شکل داشته باشد:
- فوق‌الاستیسیته (فوق الاستیسیته)، که در آن ساختار کریستالی فلز می‌تواند تغییر شکل‌هایی را تحمل کند که به طور قابل‌توجهی از استحکام تسلیم در حالت عادی بیشتر است؛
- حافظه تک شکل و برگشت پذیر (در مورد دوم، اثر به طور مکرر در طول چرخه حرارتی تکرار می شود)؛
- شکل‌پذیری تبدیل رو به جلو و معکوس (انباشته شدن کرنش در حین خنک‌سازی و گرمایش، به ترتیب هنگام عبور از تبدیل مارتنزیتی)؛
- حافظه برگشت پذیر: هنگام گرم شدن، ابتدا یک تغییر شکل بازیابی می شود و سپس با افزایش بیشتر دما، تغییر شکل دیگری بازیابی می شود؛
- تغییر جهت (انباشته شدن تغییرشکل ها پس از برداشتن بار)؛
- شبه الاستیسیته - بازیابی تغییر شکل های غیر الاستیک از مقادیر الاستیک در محدوده 1-30٪.
تبدیل
برای فلزات با اثر به حالت اولیه برگردیدحافظه شکل می تواند آنقدر شدید باشد که با نیرویی نزدیک به استحکام کششی نمی توان آن را سرکوب کرد.
مواد
در میان آلیاژهایی با چنین خواصی، رایج ترین آنها تیتانیوم نیکل است (49-57٪ Ni و 38-50٪ Ti). عملکرد خوبی دارند:
- استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی؛
- عامل بازیابی قابل توجه؛
- مقدار بزرگ تنش داخلی هنگام بازگشت به حالت اولیه (تا 800 مگاپاسکال)؛
- سازگاری خوب با ساختارهای بیولوژیکی؛
- جذب موثر ارتعاش.
علاوه بر نیکلید تیتانیوم (یا نیتینول)، آلیاژهای دیگری نیز استفاده می شود:
- دو جزئی - Ag-Cd، Au-Cd، Cu-Sn، Cu-Zn، In-Ni، Ni-Al، Fe-Pt، Mn-Cu؛
- سه جزء - Cu-Al-Ni، CuZn-Si، CuZn-Al، TiNi-Fe، TiNi-Cu، TiNi-Nb، TiNi-Au، TiNi-Pd، TiNi-Pt، Fe-Mn -سی و دیگران.
افزودنی های آلیاژی می توانند دمای تبدیل مارتنزیتی را تا حد زیادی تغییر دهند و بر خواص کاهشی تأثیر بگذارند.
کاربرد صنعتی
استفاده از افکت حافظه شکل به حل بسیاری از مشکلات فنی اجازه می دهد:
- ایجاد مجموعه لوله های محکم مشابه روش فلرینگ (اتصالات فلنجی، گیره ها و کوپلینگ های خود سفت شونده)؛
- ساخت ابزارهای گیره، گیره، فشار دهنده؛
- طراحی"ابر فنرها" و انباشتگرهای انرژی مکانیکی، موتورهای پله ای؛
- ایجاد اتصالات از مواد غیرمشابه (فلز-غیر فلز) یا در مکان‌های صعب العبور هنگامی که جوشکاری یا لحیم کاری غیرممکن می‌شود؛
- تولید عناصر قدرت قابل استفاده مجدد؛
- آب بندی ریز مدارها، سوکت ها برای اتصال آنها؛
- تولید کنترل کننده ها و سنسورهای دما در دستگاه های مختلف (اعلام حریق، فیوزها، دریچه های موتور حرارتی و غیره).
ایجاد چنین دستگاه هایی برای صنعت فضایی (آنتن ها و پانل های خورشیدی خود مستقر، دستگاه های تلسکوپی، ابزارهای نصب در فضای بیرونی، درایوهای مکانیزم های چرخشی - سکان ها، کرکره ها، دریچه ها، دستکاری کننده ها) چشم انداز بسیار خوبی دارد.. مزیت آنها عدم وجود بارهای ضربه ای است که موقعیت مکانی در فضا را مختل می کند.
کاربرد آلیاژهای حافظه دار در پزشکی
در علم مواد پزشکی، از فلزات با این خواص برای ساخت وسایل تکنولوژیکی مانند:
استفاده می شود.
- موتورهای پله ای برای کشش استخوان ها، صاف کردن ستون فقرات؛
- فیلتر برای جایگزین های خون؛
- دستگاه برای رفع شکستگی؛
- وسایل ارتوپدی؛
- گیره برای وریدها و عروق؛
- قطعات پمپ برای قلب مصنوعی یا کلیه؛
- استنت و اندو پروتز برای کاشت در عروق خونی؛
- سیم های ارتودنسی برای اصلاح دندان ها.
معایب و چشم اندازها
علیرغم پتانسیل فوق العاده ای که دارد، آلیاژهای حافظه دار دارای معایبی هستند که پذیرش گسترده آنها را محدود می کند:
- قطعات گران شیمی؛
- فناوری ساخت پیچیده، نیاز به استفاده از تجهیزات خلاء (برای جلوگیری از گنجاندن ناخالصی های نیتروژن و اکسیژن)؛
- ناپایداری فاز؛
- ماشینکاری کم فلزات؛
- مشکلات در مدل‌سازی دقیق رفتار سازه‌ها و ساخت آلیاژهای با ویژگی‌های دلخواه؛
- پیری، خستگی و تخریب آلیاژها.
یک جهت امیدوارکننده در توسعه این حوزه از فناوری ایجاد پوشش هایی از فلزات با اثر حافظه شکل و همچنین ساخت چنین آلیاژهایی بر اساس آهن است. ساختارهای کامپوزیتی امکان ترکیب خواص دو یا چند ماده را در یک راه حل فنی فراهم می کنند.
