A hagyományos bölcsesség szerint a fémek a legtartósabb és legellenállóbb anyagok. Vannak azonban olyan ötvözetek, amelyek alakváltozás után külső terhelés nélkül is visszanyerhetik alakjukat. Más egyedi fizikai és mechanikai tulajdonságok is jellemzik őket, amelyek megkülönböztetik őket a szerkezeti anyagoktól.
A jelenség lényege
Az ötvözetek alakmemória hatása az, hogy az előre deformált fém spontán helyreáll a melegítés hatására vagy egyszerűen a kirakodás után. Ezeket a szokatlan tulajdonságokat a tudósok már az 1950-es években észrevették. 20. század Ezt a jelenséget már akkor is összefüggésbe hozták a kristályrács martenzites átalakulásával, amely során az atomok rendezett mozgása zajlik.
A martenzit alakmemóriájú anyagok termoelasztikusak. Ez a szerkezet vékony lemezek formájában lévő kristályokból áll, amelyek a külső rétegekben meg vannak feszítve, a belső rétegekben pedig összenyomódnak. A deformáció "hordozói" a fázisközi, iker- és kristályközi határok. Melegítés után a deformáltötvözet, belső feszültségek jelennek meg, amelyek megpróbálják visszaadni a fém eredeti alakját.
A spontán felépülés természete az előző expozíció mechanizmusától és azoktól a hőmérsékleti viszonyoktól függ, amelyek között az történt. A legérdekesebb a többszörös ciklikusság, amely több millió deformációt is elérhet.
Az alakmemória effektussal rendelkező fémek és ötvözetek egy másik egyedi tulajdonsággal is rendelkeznek: az anyag fizikai és mechanikai jellemzőinek nemlineáris függése a hőmérséklettől.
fajták
A fenti folyamat többféle formát ölthet:
- szuperplaszticitás (szuperrugalmasság), amelyben a fém kristályszerkezete ellenáll a normál állapotban a folyáshatárt jelentősen meghaladó alakváltozásoknak;
- egyetlen és megfordítható alakmemória (utóbbi esetben a hatás ismétlődően reprodukálódik a hőciklus során);
- előre és fordított transzformációs duktilitás (húzódás felhalmozódása hűtés és melegítés közben, ha martenzites átalakuláson megy keresztül);
- reverzibilis memória: hevítéskor először egy deformáció áll helyre, majd a hőmérséklet további emelésével egy másik;
- orientált transzformáció (deformációk halmozódása a terhelés eltávolítása után);
- pszeudoelaszticitás - rugalmatlan alakváltozások helyreállítása 1-30% tartományban lévő rugalmas értékekből.
Térjen vissza a fémek eredeti állapotába ezzel a hatássalAz alakmemória olyan intenzív lehet, hogy nem tudja elnyomni a szakítószilárdsághoz közeli erővel.
Anyagok
Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező ötvözetek közül a legelterjedtebb a titán-nikkel (49-57% Ni és 38-50% Ti). Jó teljesítményt nyújtanak:
- nagy szilárdság és korrózióállóság;
- jelentős helyreállítási tényező;
- a belső feszültség nagy értéke a kezdeti állapotba való visszatéréskor (800 MPa-ig);
- jó kompatibilitás a biológiai struktúrákkal;
- hatékony rezgéselnyelés.
A titán-nikelid (vagy nitinol) mellett más ötvözeteket is használnak:
- kétkomponensű - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- háromkomponensű - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si és mások.
Az ötvöző adalékok nagymértékben eltolhatják a martenzites átalakulási hőmérsékletet, ami befolyásolja a redukciós tulajdonságokat.
Ipari felhasználás
Az alakmemória effektus alkalmazása számos technikai probléma megoldását teszi lehetővé:
- feszes csőszerelvények létrehozása a peremezési módszerhez hasonlóan (karimás csatlakozások, önfeszítő kapcsok és csatlakozók);
- befogószerszámok, megfogók, tolókarok gyártása;
- designmechanikai energia "szuperrugók" és akkumulátorok, léptetőmotorok;
- hézagok létrehozása eltérő anyagokból (fém-nemfém) vagy nehezen elérhető helyeken, amikor a hegesztés vagy forrasztás lehetetlenné válik;
- újrafelhasználható erőelemek gyártása;
- mikroáramkörök háztömítése, csatlakozásukhoz csatlakozó aljzatok;
- hőmérséklet-szabályozók és érzékelők gyártása különféle eszközökben (tűzjelzők, biztosítékok, hőmotor szelepei és egyebek).
Az ilyen eszközök űripar számára történő létrehozása (önkioldó antennák és napelemek, teleszkópos eszközök, a világűrbe történő szerelési munkákhoz szükséges szerszámok, forgószerkezetek meghajtói - kormányok, redőnyök, nyílások, manipulátorok) nagy kilátásokat rejt magában. Előnyük az impulzusterhelések hiánya, amelyek megzavarják a térbeli helyzetet.
Alakmemóriás ötvözetek alkalmazása az orvostudományban
Az orvosi anyagtudományban az ilyen tulajdonságokkal rendelkező fémeket olyan technológiai eszközök előállítására használják, mint:
- léptetőmotorok a csontok nyújtásához, a gerinc kiegyenesítéséhez;
- szűrők vérpótlókhoz;
- törések rögzítésére szolgáló eszközök;
- ortopédiai készülékek;
- bilincsek vénákhoz és artériákhoz;
- pumpaalkatrészek műszívhez vagy veséhez;
- stentek és endoprotézisek az erekbe való beültetéshez;
- fogszabályozási huzalok a fogazat korrekciójához.
Hátrányok és kilátások
A nagy lehetőség ellenére az alakmemóriás ötvözetek hátrányai korlátozzák széles körű alkalmazásukat:
- drága kémiai alkatrészek;
- bonyolult gyártási technológia, vákuumberendezés használatának szükségessége (a nitrogén- és oxigénszennyeződések elkerülése érdekében);
- fázis-instabilitás;
- a fémek alacsony megmunkálhatósága;
- nehézségek a kívánt jellemzőkkel rendelkező szerkezetek és gyártási ötvözetek viselkedésének pontos modellezésében;
- öregedés, kifáradás és ötvözetek lebomlása.
Ígéretes irány ennek a technológiai területnek a fejlődésében az alakmemória hatású fémekből készült bevonatok létrehozása, valamint az ilyen vasalapú ötvözetek gyártása. A kompozit szerkezetek lehetővé teszik két vagy több anyag tulajdonságainak kombinálását egy műszaki megoldásban.
