مقاله آلیاژهای حافظه دار

مقاله آلیاژهای حافظه دار

بخشهایی از متن:

مقدمه و تاریخچه

آلیاژهای حافظه دار موادی بسیار جالب با مشخصات حفظ شكل و سوپرالاستیسیته هستند كه فلزات و آلیاژهای معمولی این خاصیت را ندارند . خواص متمایز و برتری آن ها نسبت به سایر آلیاژها عكس العمل شدید این مواد نسبت به برخی پارامترهای ترمودینامیكی و مكانیكی و قابلیت بازگشت به شكل اولیه در اثر اعمال پارامترهای مذكور است . وقتی یك آلیاژ معمولی تحت بار خارجی بیش از حد الاستیك قرار میگیرد تغییر شكل میدهد . این نوع تغییر شكل بعد از حذف بار باقی می ماند . آلیاژ حافظه دار  منجمله نایتینول  رفتار متفاوتی از خود ارائه مینماید . در دمای پایین یك نمونه حافظه دار می تواند تغییر شكل پلاستیك چند درصدی را تحمل كند و سپس به صورت كامل به شكل اولیه در دمای بالا برگردد . و این تنها با افزایش دمای نمونه ممكن است. این فرآینددربارةپدیدةحافظه داری شكل اولین بار در سال1932 توسط,Change Readمشاهد شدآنها وارون پذیری حافظه شكلی رادر AuCd ازطریق مطالات فلزشناسی وتغیرات مقاومت الیاژ بررسی كردند و  برای مدت زمان طولانی در حد كنجكاوی آزمایشگاهی باقی  ماند تا اینكه این در سال 1956 مشاهدات و تحقیقات مربوط به تز دكترای Horbojen در موضوع اثر حافظه دار  در آلیاژ CuZn منتشر شد و در سال 1963 كشف حافظه داری شكل در آلیاژ NiTi با درصد اتمی مساوی (50-50%) توسط Buhler و همكارانش  نظر دانشمندان ومحققین را جلب نمود. در این هنگام تحقیق درباره متالورژی و كاربرد های عملی اولیه آن به طور جدی آغاز شد. در سال 1967 دركنفرانس Buhler,Nol و همكارانش تحقیقات گستردة خود را بر روی Nitinol و كاربرد های تجاری فراوان در صنایع ارائه دادند.  از سال  1980 Hawt,Micheal  با انتشار مقاله بر روی برنج مادة جدید حافظه دار دیگر را معرفی كردند و   بعد رفتار سوپرالاستیك مواد حافظه دار و بویژه نایتینول به منظور وسایل پزشكی و صنعتی توسعه یافت و كشف مزایای اساسی وعملی آن ها هر روز رو به افزایش است .

...

- مزایا مربوط با رفتار سوپر الاستیك آلیاژحافظه دارنایتینول :

• تغییر شكل قابل بازیابی زیاد
•  خود را گرفتن دایمی پایین یا تغییر شكل باقیمانده
•  تنش و استحكام كشش نهایی زیاد ورقه های فلزی
•  دمای  بدنه با دامنة دمای سوپر الاستیك (  Ni-Ti50-80)
•  توانایی ذخیرة انرژی پتانسیل بالا
•  مقاومت به خوردگی شبیه به فولادهای ضد زنگ، و آلیاژهای تیتانیوم
• زیست سازگاری

سوپر الاستیسیته اجازه می دهد تا تغییر فرم های الاستیك بسیار زیاد ، وابسته به تغییرات كم تنش به وقوع بپیوندد .عامل مكانیزم بیش از 5% كرنش بازیابی و
  psi50000 تنش بازگردانی با چرخه های بالا را توانایی داد . برای مثال سیم های نایتینول به ابعاد in 020/0عمری برابر 16 پوند می توانند داشته باشند . از آنجا كه عامل حافظ‌شكل و سوپر الاستیسیته براساس عدم نفوذ و بدون تغییر فاز می باشد لذا
 « تغییر حالت مارتنزیتی» نامیده می شود .اثر مكانیكی حافظه داری ( سوپرالاستیكی ) توسط تغییر شكل آستنیت در یك دامنة دمای معین متوقف می شود و یك استحالة تنش القایی فاز مارتنزیت را حاصل می كند آلیاژ نایتینول ماده ای هوشمند است زیرا با داشتن امكان تشخیص و قابلیت شكل بازگشت به شكل مشخص ، امكان اقدام خودكار در شرایط ضرروی را دارا می باشد . ساختار ماده در دمای پایین مارتنزیت و در دمای بالا آستنیتی است . نایتینول مارتنزیتی نرمی فوق العاده ، تنش تسلیم پایین و شكل پذیری قابل توجهی دارد . با تبدیل ساختار آلیاژ آستنیت در  اثر افزایش دما ، شكل قبلی آلیاژ بازیابی می شود . برای استحالة آستنیت به مارتنزیت یا بلعكس درجه حرارت شروع و پایان استحاله باید تعیین شود . مقدار این دما با توجه به نوع كاربرد مهم می‌باشد. 500.- 700 جای است كه ساختار كریستالی استنیت تغییر می كندو تغییر ساختاربه واسطه باندهای دوقلوی است كه درفصل سوم بحث می شود.

تعدادی از مولفه ها بیانگر افزایش انعطاف پذیری برگشت پذیر به 10% وتقریباً 10 بار بیشتر از مقدار الاستیسیته فلزات رایج مواد فلزی است . مؤلفه سوپر الاستیك اینجا احتمالات جدید ، را باز می كند از زمانی كه آنها با مقاطع عرضی كوچك وجود داشته باشند شكست زیاد و شكل پایدار دارند . استفادة اقتصادی این اثرات به خصوص در مكان های تكنولوژیكی – پزشكی وتكنیك میكروسیستم كنترل واندازه گیریهای خودكار الكترونیك و خودرو به علاوه به بالابردن توانایی های بدنه خوب است .

6- معایب مربوط به رفتار سوپر الاستیك آلیاژ حافظه دار نایتینول:

 آلیاژ نایتینول  علیرغم دارا بودن خواص مطلوبی مانند الاستیسیته بالا وتنش كششی نهایی بالا دارای محدودیت های از قبیل ، كم بودن مقاومت خستگی و سایشی می‌باشد كه برخی محققین با اضافه كردن یون های نیتروژن و بور سعی كرده اند مقاومت به خستگی و سایشی آلیاژ نایتینول را اضافه كنند .همچنین مشكل شیب دمای وسیعی است كه برای سوپر الاستیك و نایتینول  مشاهده می شود. و سوپر الاستیسیته بسیار عالی نایتینول قابل توجه است اما فقط برای كرنش های بالای  8 % است. منحنی تنش كرنش فرایند بار گذاری نایتینول را نشان می دهد كه كرنش بازیابی در دسترس است. و افزایش بار گذاری با دمای مشخص است.

...

نتایج مشخصی با استفاده از مقدار متوسط بدست آمد ه از پنج تصویر میكروگراف نوری به صورت تصادفی از مقطع هر نمونه گرفته شد. درصد نواحی ( یا كسر ) نسبت حضور حفره ها در آن مناطق به مناطق كل در دامنه اندازه حفره های مختلف اندازه گیری شد . مشاهده شد كه اندازة حفره های متوسط و معمولی در كپسول آزاد HIP تحت شرایط متفاوت هر دو فرآیند حدود 50 تا 200 است .

 بنابراین تفاوت های درتوزیع اندازة‌حفره ها بین این دو نمونه وجود داشت .تعداد زیادی حفره های بزرگ در نمونة(1)كه (200>) بود وجود داشت . بنابراین واضح است كه توزیع اندازة حفره ها میتواند اغلب با استفاده از پارامترهای متفاوت فرایند تنظیم شود . به علاوه مشاهده شد كه بیشترین حفره ها در نمونة زینترینگ كوچكتر از 100 است كه این نتایج بسیار مشابه بود به گزارش توسط دیگران كه انجام شده بود .