Menurut kebijaksanaan konvensional, logam adalah bahan yang paling tahan lama dan tahan. Walau bagaimanapun, terdapat aloi yang boleh memulihkan bentuknya selepas ubah bentuk tanpa menggunakan beban luaran. Ia juga dicirikan oleh sifat fizikal dan mekanikal unik lain yang membezakannya daripada bahan struktur.
Intipati fenomena
Kesan ingatan bentuk aloi ialah logam pra-cacat pulih secara spontan akibat pemanasan atau hanya selepas dipunggah. Ciri-ciri luar biasa ini telah disedari oleh saintis seawal tahun 1950-an. abad ke-20 Walaupun begitu, fenomena ini dikaitkan dengan transformasi martensit dalam kekisi kristal, di mana terdapat pergerakan atom yang teratur.
Martensit dalam bentuk bahan ingatan adalah termoelastik. Struktur ini terdiri daripada kristal dalam bentuk plat nipis, yang diregangkan di lapisan luar, dan dimampatkan di dalam. "Pembawa" ubah bentuk ialah sempadan antara fasa, berkembar dan interkristal. Selepas memanaskan yang cacataloi, tegasan dalaman muncul, cuba mengembalikan logam kepada bentuk asalnya.
Sifat pemulihan spontan bergantung pada mekanisme pendedahan sebelumnya dan keadaan suhu di mana ia diteruskan. Yang paling menarik ialah kitaran berbilang, yang boleh berjumlah beberapa juta ubah bentuk.
Logam dan aloi dengan kesan ingatan bentuk mempunyai satu lagi sifat unik - pergantungan bukan linear ciri fizikal dan mekanikal bahan pada suhu.
Pelbagai
Proses di atas boleh mengambil beberapa bentuk:
- superplasticity (superelasticity), di mana struktur kristal logam boleh menahan ubah bentuk yang ketara melebihi kekuatan alah dalam keadaan biasa;
- memori bentuk tunggal dan boleh diterbalikkan (dalam kes kedua, kesannya berulang kali dihasilkan semasa kitaran haba);
- kemuluran penjelmaan ke hadapan dan terbalik (masing-masing terkumpul terikan semasa penyejukan dan pemanasan, apabila melalui penjelmaan martensit);
- memori boleh balik: apabila dipanaskan, pertama satu ubah bentuk dipulihkan, dan kemudian, dengan peningkatan suhu lagi, satu lagi;
- transformasi berorientasikan (pengumpulan ubah bentuk selepas penyingkiran beban);
- pseudoelasticity - pemulihan ubah bentuk tidak anjal daripada nilai keanjalan dalam julat 1-30%.
Kembali kepada keadaan asal untuk logam dengan kesannyaingatan bentuk boleh menjadi sangat kuat sehingga tidak dapat ditekan oleh daya yang hampir dengan kekuatan tegangan.
Bahan
Antara aloi dengan sifat sedemikian, yang paling biasa ialah titanium-nikel (49–57% Ni dan 38–50% Ti). Mereka mempunyai prestasi yang baik:
- kekuatan tinggi dan rintangan kakisan;
- faktor pemulihan yang ketara;
- nilai besar tekanan dalaman apabila kembali ke keadaan awal (sehingga 800 MPa);
- keserasian yang baik dengan struktur biologi;
- penyerapan getaran yang berkesan.
Selain titanium nikelida (atau nitinol), aloi lain juga digunakan:
- dua komponen - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- tiga-komponen - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si dan lain-lain.
Aditif aloi boleh mengalihkan suhu transformasi martensit dengan banyak, menjejaskan sifat pengurangan.
Penggunaan industri
Aplikasi kesan memori bentuk membolehkan menyelesaikan banyak masalah teknikal:
- penciptaan pemasangan paip ketat serupa dengan kaedah pembakaran (sambungan bebibir, klip mengetatkan diri dan gandingan);
- pembuatan alat pengapit, pencengkam, penolak;
- reka bentuk"supersprings" dan akumulator tenaga mekanikal, motor stepper;
- membuat sambungan daripada bahan yang berbeza (logam-bukan logam) atau di tempat yang sukar dicapai apabila mengimpal atau memateri menjadi mustahil;
- pengeluaran elemen kuasa boleh guna semula;
- pemeteraian bekas litar mikro, soket untuk sambungannya;
- pengeluaran pengawal suhu dan penderia dalam pelbagai peranti (penggera kebakaran, fius, injap enjin haba dan lain-lain).
Penciptaan peranti sedemikian untuk industri angkasa (antena dan panel solar yang digunakan sendiri, peranti teleskopik, alat untuk kerja pemasangan di angkasa lepas, pemacu untuk mekanisme berputar - kemudi, bidai, penetas, manipulator) mempunyai prospek yang hebat. Kelebihan mereka ialah ketiadaan beban impuls yang mengganggu kedudukan ruang di angkasa.
Aplikasi aloi ingatan bentuk dalam perubatan
Dalam sains bahan perubatan, logam dengan sifat ini digunakan untuk membuat peranti teknologi seperti:
- motor stepper untuk meregangkan tulang, meluruskan tulang belakang;
- penapis untuk pengganti darah;
- peranti untuk membaiki patah tulang;
- peralatan ortopedik;
- pengapit untuk urat dan arteri;
- bahagian pam untuk jantung atau buah pinggang tiruan;
- stent dan endoprostesis untuk implantasi dalam saluran darah;
- wayar ortodontik untuk membetulkan gigi.
Kekurangan dan prospek
Walaupun potensinya yang besar, aloi memori bentuk mempunyai kelemahan yang mengehadkan penggunaan meluasnya:
- komponen kimia yang mahal;
- teknologi pembuatan yang rumit, keperluan untuk menggunakan peralatan vakum (untuk mengelakkan kemasukan kekotoran nitrogen dan oksigen);
- ketidakstabilan fasa;
- keupayaan pemesinan logam yang rendah;
- kesukaran dalam memodelkan gelagat struktur dan pembuatan aloi dengan tepat dengan ciri yang dikehendaki;
- penuaan, keletihan dan kemerosotan aloi.
Arah yang menjanjikan dalam pembangunan bidang teknologi ini ialah penciptaan salutan daripada logam dengan kesan ingatan bentuk, serta pembuatan aloi sedemikian berasaskan besi. Struktur komposit akan membolehkan gabungan sifat dua atau lebih bahan dalam satu penyelesaian teknikal.
