Ayon sa nakasanayang karunungan, ang mga metal ay ang pinakamatibay at lumalaban na materyales. Gayunpaman, may mga haluang metal na maaaring mabawi ang kanilang hugis pagkatapos ng pagpapapangit nang hindi nag-aaplay ng panlabas na pagkarga. Nailalarawan din ang mga ito sa pamamagitan ng iba pang kakaibang pisikal at mekanikal na katangian na nagpapaiba sa kanila sa mga istrukturang materyales.
Esensya ng phenomenon
Ang epekto ng memorya ng hugis ng mga haluang metal ay ang isang pre-deformed na metal ay kusang bumabawi bilang resulta ng pag-init o pagkatapos lamang ng pagbabawas. Ang mga hindi pangkaraniwang katangian na ito ay napansin ng mga siyentipiko noon pang 1950s. ika-20 siglo Kahit noon pa man, ang phenomenon na ito ay nauugnay sa martensitic transformations sa crystal lattice, kung saan mayroong ayos na paggalaw ng mga atom.
Martensite in shape memory materials ay thermoelastic. Ang istraktura na ito ay binubuo ng mga kristal sa anyo ng mga manipis na plato, na nakaunat sa mga panlabas na layer, at naka-compress sa mga panloob. Ang mga "carrier" ng deformation ay interphase, twin at intercrystallite boundaries. Pagkatapos ng pag-init ng deformedhaluang metal, lumilitaw ang mga panloob na stress, sinusubukang ibalik ang metal sa orihinal nitong hugis.
Ang likas na katangian ng kusang pagbawi ay nakasalalay sa mekanismo ng nakaraang pagkakalantad at ang mga kondisyon ng temperatura kung saan ito nagpatuloy. Ang pinaka-interesante ay ang multiple cyclicity, na maaaring umabot ng ilang milyong deformation.
Ang mga metal at haluang metal na may hugis memory effect ay may isa pang natatanging katangian - isang non-linear na pagdepende ng pisikal at mekanikal na katangian ng materyal sa temperatura.
Varieties
Ang proseso sa itaas ay maaaring magkaroon ng ilang anyo:
- superplasticity (superelasticity), kung saan ang kristal na istraktura ng metal ay makatiis sa mga deformation na makabuluhang lumampas sa yield strength sa normal na estado;
- single at reversible shape memory (sa huling kaso, ang epekto ay paulit-ulit na ginagawa sa panahon ng thermal cycling);
- forward at reverse transformation ductility (akumulasyon ng strain sa panahon ng paglamig at pag-init, ayon sa pagkakabanggit, kapag dumadaan sa martensitic transformation);
- reversible memory: kapag pinainit, unang isang deformation ang ibinabalik, at pagkatapos, na may karagdagang pagtaas sa temperatura, isa pa;
- oriented transformation (akumulasyon ng mga deformation pagkatapos alisin ang load);
- pseudoelasticity - pagbawi ng inelastic deformation mula sa elastic values sa hanay na 1-30%.
Bumalik sa orihinal na estado para sa mga metal na may epektoang memorya ng hugis ay maaaring maging napakatindi na hindi ito mapipigilan ng puwersang malapit sa lakas ng makunat.
Materials
Sa mga haluang metal na may ganitong mga katangian, ang pinakakaraniwan ay titanium-nickel (49–57% Ni at 38–50% Ti). Maganda ang performance nila:
- high strength at corrosion resistance;
- makabuluhang salik sa pagbawi;
- malaking halaga ng panloob na stress kapag bumabalik sa paunang estado (hanggang 800 MPa);
- magandang compatibility sa biological structures;
- epektibong pagsipsip ng vibration.
Bilang karagdagan sa titanium nickelide (o nitinol), ginagamit din ang iba pang mga haluang metal:
- dalawang bahagi - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- three-component - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si at iba pa.
Ang mga pinaghalo na additives ay maaaring lubos na makapagpalipat ng temperatura ng martensitic transformation, na nakakaapekto sa mga katangian ng pagbabawas.
Paggamit sa industriya
Application ng shape memory effect ay nagbibigay-daan sa paglutas ng maraming teknikal na problema:
- paglikha ng mga masikip na pipe assemblies na katulad ng flaring method (flanged connections, self-tightening clips at couplings);
- paggawa ng mga clamping tool, grippers, pusher;
- design"supersprings" at accumulator ng mekanikal na enerhiya, stepper motors;
- paggawa ng mga joints mula sa magkakaibang mga materyales (metal-nonmetal) o sa mga lugar na mahirap maabot kapag ang welding o paghihinang ay nagiging imposible;
- produksyon ng mga reusable power elements;
- case sealing ng microcircuits, sockets para sa kanilang koneksyon;
- produksyon ng mga temperature controller at sensor sa iba't ibang device (mga fire alarm, fuse, heat engine valve at iba pa).
Ang paglikha ng mga naturang device para sa industriya ng espasyo (mga self-deploying antenna at solar panel, teleskopiko na device, mga tool para sa pag-install sa outer space, drive para sa rotary mechanisms - rudders, shutters, hatches, manipulators) ay may magagandang prospect. Ang kanilang kalamangan ay ang kawalan ng mga impulse load na nakakagambala sa spatial na posisyon sa kalawakan.
Paglalapat ng mga haluang metal ng memorya ng hugis sa medisina
Sa agham ng mga medikal na materyales, ang mga metal na may ganitong mga katangian ay ginagamit upang gumawa ng mga teknolohikal na device gaya ng:
- stepper motor para sa pag-unat ng buto, pagtuwid ng gulugod;
- filter para sa mga pamalit sa dugo;
- mga device para sa pag-aayos ng mga bali;
- orthopaedic appliances;
- clamp para sa mga ugat at arterya;
- mga bahagi ng bomba para sa artipisyal na puso o bato;
- stent at endoprostheses para sa pagtatanim sa mga daluyan ng dugo;
- orthodontic wires para sa pagwawasto ng dentition.
Mga disadvantage at prospect
Sa kabila ng malaking potensyal nito, ang mga shape memory alloy ay may mga disadvantage na naglilimita sa kanilang malawakang paggamit:
- mamahaling bahagi ng chemistry;
- complicated manufacturing technology, ang pangangailangang gumamit ng vacuum equipment (upang maiwasan ang pagsasama ng nitrogen at oxygen impurities);
- phase instability;
- mababang machinability ng mga metal;
- mga kahirapan sa tumpak na pagmomodelo ng gawi ng mga istruktura at paggawa ng mga haluang metal na may gustong katangian;
- pagtanda, pagkapagod at pagkasira ng mga haluang metal.
Ang isang promising na direksyon sa pag-unlad ng lugar na ito ng teknolohiya ay ang paglikha ng mga coatings mula sa mga metal na may epekto sa memorya ng hugis, pati na rin ang paggawa ng naturang mga haluang metal batay sa bakal. Ang mga composite na istruktura ay magbibigay-daan sa pagsasama-sama ng mga katangian ng dalawa o higit pang mga materyales sa isang teknikal na solusyon.
