Geleneksel bilgeliğe göre, metaller en dayanıklı ve dayanıklı malzemelerdir. Bununla birlikte, deformasyondan sonra dış bir yük uygulamadan şeklini geri kazanabilen alaşımlar vardır. Ayrıca, onları yapısal malzemelerden ayıran diğer benzersiz fiziksel ve mekanik özelliklerle de karakterize edilirler.
Olayın özü
Alaşımların şekil hafıza etkisi, önceden deforme olmuş bir metalin ısınma sonucunda veya sadece yük boş altıldıktan sonra kendiliğinden eski haline dönmesidir. Bu olağandışı özellikler, bilim adamları tarafından 1950'lerde fark edildi. 20. yüzyıl O zaman bile, bu fenomen, kristal kafesteki, atomların düzenli bir hareketinin olduğu martensitik dönüşümlerle ilişkilendirildi.
Martenzit şekil hafızalı malzemeler termoelastiktir. Bu yapı, dış katmanlarda gerilmiş ve iç katmanlarda sıkıştırılmış ince plakalar şeklinde kristallerden oluşur. Deformasyonun "taşıyıcıları" interfaz, ikiz ve kristaller arası sınırlardır. deforme olmuş ısıttıktan sonraalaşım, metali orijinal şekline döndürmeye çalışan iç gerilimler ortaya çıkar.
Spontan iyileşmenin doğası, önceki maruziyetin mekanizmasına ve devam ettiği sıcaklık koşullarına bağlıdır. En çok ilgi çeken şey, birkaç milyon deformasyona varabilen çoklu döngüselliktir.
Şekil hafıza etkisine sahip metaller ve alaşımların başka bir benzersiz özelliği daha vardır - malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerinin sıcaklığa doğrusal olmayan bağımlılığı.
Çeşitler
Yukarıdaki işlem birkaç şekilde olabilir:
- süperplastisite (süperelastiklik), ki burada metalin kristal yapısı normal durumda akma dayanımını önemli ölçüde aşan deformasyonlara dayanabilir;
- tek ve tersine çevrilebilir şekil belleği (ikinci durumda, etki termal döngü sırasında tekrar tekrar üretilir);
- ileri ve geri dönüşüm sünekliği (martensitik bir dönüşümden geçerken sırasıyla soğutma ve ısıtma sırasında gerilme birikimi);
- tersinir hafıza: ısıtıldığında, ilk önce bir deformasyon geri yüklenir ve ardından sıcaklıkta daha fazla artışla bir diğeri;
- yönlü dönüşüm (yükün kaldırılmasından sonra deformasyonların birikmesi);
- sözde elastikiyet - %1-30 aralığında elastik değerlerden elastik olmayan deformasyonların kurtarılması.
Etki ile metaller için orijinal durumuna geri dönünşekil hafızası o kadar yoğun olabilir ki, çekme kuvvetine yakın bir kuvvet tarafından bastırılamaz.
Malzemeler
Bu tür özelliklere sahip alaşımlar arasında en yaygın olanı titanyum-nikeldir (%49–57 Ni ve %38–50 Ti). İyi performansları var:
- yüksek mukavemet ve korozyon direnci;
- önemli kurtarma faktörü;
- Başlangıç durumuna geri dönerken büyük dahili stres değeri (800 MPa'ya kadar);
- biyolojik yapılarla iyi uyumluluk;
- etkili titreşim emilimi.
Titanyum nikelide (veya nitinole) ek olarak, diğer alaşımlar da kullanılır:
- iki bileşenli - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- üç bileşenli - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si ve diğerleri.
Alaşım katkı maddeleri martensitik dönüşüm sıcaklığını büyük ölçüde değiştirerek indirgeme özelliklerini etkileyebilir.
Endüstriyel kullanım
Şekil hafızası efektinin uygulanması birçok teknik problemin çözülmesini sağlar:
- Flaring yöntemine benzer sıkı boru tertibatlarının oluşturulması (flanşlı bağlantılar, kendiliğinden sıkılan klipsler ve kaplinler);
- bağlama aletleri, tutucular, iticiler imalatı;
- tasarım"süper yaylar" ve mekanik enerji akümülatörleri, step motorlar;
- Benzersiz malzemelerden (metal-ametal olmayan) veya kaynak veya lehimlemenin imkansız hale geldiği ulaşılması zor yerlerde bağlantılar oluşturmak;
- yeniden kullanılabilir güç elemanlarının üretimi;
- mikro devrelerin kasa sızdırmazlığı, bağlantıları için soketler;
- çeşitli cihazlarda (yangın alarmları, sigortalar, ısı motoru valfleri ve diğerleri) sıcaklık kontrolörleri ve sensörlerin üretimi.
Uzay endüstrisi için bu tür cihazların yaratılması (kendi kendine açılan antenler ve güneş panelleri, teleskopik cihazlar, uzayda kurulum çalışmaları için araçlar, döner mekanizmalar için tahrikler - dümenler, kepenkler, kapaklar, manipülatörler) büyük umutları var. Avantajları, uzaydaki uzamsal konumu bozan dürtü yüklerinin olmamasıdır.
Tıpta şekil hafızalı alaşımların uygulanması
Tıbbi malzeme biliminde, bu özelliklere sahip metaller aşağıdaki gibi teknolojik cihazların yapımında kullanılır:
- Kemikleri germek, omurgayı düzeltmek için step motorlar;
- kan yerine kullanılan filtreler;
- kırıkları düzeltmek için cihazlar;
- ortopedik aletler;
- damarlar ve arterler için kelepçeler;
- yapay kalp veya böbrek için pompa parçaları;
- kan damarlarına implantasyon için stentler ve endoprotezler;
- dişleri düzeltmek için ortodontik teller.
Dezavantajlar ve beklentiler
Büyük potansiyeline rağmen, şekil hafızalı alaşımların yaygın olarak benimsenmesini sınırlayan dezavantajları vardır:
- pahalı kimya bileşenleri;
- karmaşık üretim teknolojisi, vakum ekipmanı kullanma ihtiyacı (azot ve oksijen safsızlıklarının dahil edilmesini önlemek için);
- faz kararsızlığı;
- metallerin düşük işlenebilirliği;
- Yapıların davranışını doğru bir şekilde modelleme ve istenilen özelliklere sahip alaşımları üretmedeki zorluklar;
- alaşımların yaşlanması, yorulması ve bozulması.
Bu teknoloji alanının geliştirilmesinde umut verici bir yön, şekil hafıza etkisi olan metallerden kaplamaların oluşturulmasının yanı sıra demir bazlı bu tür alaşımların imalatıdır. Kompozit yapılar, iki veya daha fazla malzemenin özelliklerini tek bir teknik çözümde birleştirmeye izin verecektir.
