تبلیغات
یک و یک برابر نیست - آلیاژهای حافظه دار

یک و یک برابر نیست

وبلاگ یک دانشجوی متالورژی - ریخته گری

آلیاژهای حافظه دار


آلیاژهای حافظه دار فلزاتی هستند که دو خصوصیت بارز را از خود نشان می دهند: خاصیت شبه الاستیک و اثر یادآوری شکل. برای اولین بار این خواص غیر طبیعی را در سال 1938 مشاهده نمود اما تا سال 1960 هیچگونه تحقیقات جدی در این زمینه صورت نگرفت. مهمترین و پرکاربردترین آلیاژها NiTi، CuZnAl و CuAlNi هستند. این آلیاژهای همچنین می توانند با آلیاژسازی روی، مس، طلا و آهن تولید شوند. آلیاژهای NiTi در دهه شصت میلادی توسط مرکز تحقیقات نیروی دریائی آمریکا تولید و تحت نام تجاری نیتینول وارد بازار شد.


مبانی علمی آلیاژهای حافظه دار:

دو خاصیت منحصر به فرد بالا به وسیله یک تحول فازی حالت جامد ممکن شده اند که مربوط به چینش مولکولی است که در این آلیاژها اتفاق می افتد. دو فازی که در آلیاژهای حافظه دار اتفاق می افتد، آستنیت و مارتنزیت است. مارتنزیت فاز نسبتا نرم و شکل پذیر آلیاژهای حافظه دار است که در دماهای نسبتا پائین وجود دارد. ساختار مولکولی در این فاز به صئرت دوقلوئی است که در شکل وسطی تصویر زیر نشان داده شده است. در هنگام تغییر شکل، این فاز به حالت سمت راست در می آید.



آستنیت که فاز سخت تری است، در دماهای بالاتر اتفاق می افتد. این فاز ساختار مکعبی دارد که در تصویر بالا قابل مشاهده است. در مقیاس میکروسکوپی فاز مارتنزیت تغییر فرم نیافته همان اندازه و شکل آستنیت مکعبی را دارد به طوری که تا هنگامی که مارتنزیت تغییر فرم می یابد، تغییر اندازه و شکل آلیاژ حافظه دار قابل مشاهده نیست.

دمائی که در آنها هرکدام از این فازها شروع به تشکیل می کنند به وسیله نمادهای زیر نمایش داده میشود: 

M,M,A,Af

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، مقداراین چهار متغیر با میزان بار وارده بر آلیاژ حافظه دار افزایش می یابد.




Mf دمائی است که در هنگام سرد شدن، تبدیل به مارتنزیت کامل می گردد. حین گرم شدن، As و Af به ترتیب دماهائی هستند که تبدیل از مارتنزیت به آستنیت شروع شده و پایان می یابد. همانطور که گفته شد، به این علت که هیچگونه نفوذی دخیل نیست استحاله از مارتنزیت به آستنیت، تنها وابسته به دما و فشار است و نه زمان. این استحاله بین دو فاز برگشت پذیر است که خاصیت حافظه داری را بوجود می آورد. هنگام سرد شدنناگهانی فولاد، تبدیل آستنیت به مارتنزیت برگشت پذیر نمی باشد لذا فولادها حافظه دار نیستند.

هنگامی که یک آلیاژ حافظه دار در زیردمای As قرار دارد، می تواند خم شده یا کشیده شود تا زمانی که گرم شده و به دمای بالای استحاله برسد. هنگام گرم شدن، آلیاژ به شکل اولیه اش باز می گردد.

حالت شبه الاستیک این مواد، در دمای بالا و فاز آستنیت کاربرد دارد. قاب های عینک ساخته شده با این خاصیت، می توانند تغییر فرم های زیادی را در دمای بالا تحمل کرده و به محض برداشتن تنش به حالتاولیه خود باز گردد. در حالت آستنیت، با اعمال تنش فاز مارتنزیت تولید شده که قادر به تحمل کرنش های بالاست. با برداشتن تنش، مارتنزیت به آستنیت باز می گردد و تغییر فرم به حالت اولیه باز می گردد.

تولید آلیاژهای حافظه دار:

این آلیاژهای با روش ریختگری قوس خلا و یا القائی تولید می شوند. سپس شمش نورد گرم شده و به فرم سیم کشیده می شود. سپس آلیاژ اصطلاحا تعلیم داده می شود که با توجه به کاربرد، نوع تعلیم متفاوت است. تعلیم با حرارت دادن اتفاق می افتد به گونه ای که نابجائی ها دوباره منظم شده و به مکان های پایدار برسند اما حرارت به مقداری نیست تا تبلور مجدد روی دهد.      

کاربردها:

کاربردهای آلیاژهای حافظه دار در صنایع هوایی (بوئینگ، موتورهای هواپیمای ساخت کارخانه جنرال الکتریک، ناسا و . . . )، لوله ها، صنایع رباتیک، پزشکی،دندانپزشکی و غیره می باشد.

 

در ذیل، تعداد از این آلیاژها دیده می شوند:

Ag-Cd 44/49 at.% Cd

Au-Cd 46.5/50 at.% Cd

Cu-Al-Ni 14/14.5 wt.% Al and 3/4.5 wt.% Ni

Cu-Sn approx. 15 at.% Sn

Cu-Zn 38.5/41.5 wt.% Zn

(Cu-Zn-X (X = Si, Al, Sn

Fe-Pt approx. 25 at.% Pt

Mn-Cu 5/35 at.% Cu

Fe-Mn-Si

Pt alloys

Co-Ni-Al

Co-Ni-Ga

Ni-Fe-Ga

Ti-Pd

(Ni-Ti (~55% Ni

Ni-Ti-Nb

Ni-Mn-Ga

 

منابع: 

http://webdocs.cs.ualberta.ca/~database/MEMS/sma_mems/sma.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Shape_memory_alloy


مطالب بیشتر:

آلیاژهای حافظه دار


نوشته شده در تاریخ جمعه 10 بهمن 1393 توسط ََAdmin