آلیاژهای حافظه دار جزء مواد هوشمند به حساب می آیند. مواد هوشمند موادی هستند که می توانند موقعیت های مختلف را به خاطر بسپارند و با عوامل محرکی همچون تنش های مکانیکی، حرارت، الکتریسیته و یا مغناطیس به موقعیت پیشین خود بازگردند.
آلیاژهای حافظه دار بر خلاف آلیاژهای معمول، در بارگذاری های بیش از حد الاستیک رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. در دمای پایین، یک نمونه ی آلیاژ حافظه دار می تواند تغییر شکل پلاستیکی چند درصدی را تحمل کند و سپس در دمای خاص به صورت کامل به شکل اولیه خود بازگردد. در فرآیند بازگشت، آلیاژ قادر است نیرویی قابل توجه تولید کند که از این نیرو می توان به عنوان نیروی محرک در عملگرها استفاده کرد.
تاریخچه آلیاژهای حافظه دار
جدول 1 خلاصه ای از پیشینه تاریخی آلیاژهای حافظه دار را که منجر به کشف آن ها شده است را نشان می دهد.
جدول 1: پیشینه تاریخی آلیاژهای حافظه دار
تحقیقات انجام شده بر روی آلیاژ های حافظه دار را می توان به چندن دسته تقسیم کرد. گروهی از تحقیقات به بررسی وابستگی رفتار حافظه داری و سوپر الاستیسیته و نیز تغییر ریزساختار های مختلف آلیاژ که تابعی از دما هستند می پردازند. خواص حافظه داری و الاستیسیته در آلیاژهای حافظه دار ناشی از استحاله غیر نفوذی آستنیت- مارتنزیت می باشد. دسته ای دیگر از تحقیقات به بررسی ترکیب شیمیایی آلیاژ نیکل- تیتانیم پرداخته اند. بررسی رفتار خوردگی، خستگی، قابلیت استهلاک انرژی، رفتار شکست و نیز تنش های بازیابی از جمله تحقیقات دیگر انجام شده بر روی آلیاژ نیکل- تیتانیم می باشد.
مکانیزم عمومی آلیاژهای حافظه دار
نحوه عملکرد آلیاژ حافظه دار
علت خاصیت حافظه داری در آلیاژهای حافظه دار، استحاله فازی و تغییر ساختار کریستالی می باشد. به عبارت دیگر وجود استحاله مارتنزیتی و آستنیتی و نیز قابلیت تبدیل این دو ساختار به یکدیگر سبب ایجاد خاصیت حافظه داری در این آلیاژها شده است. دو ریزساختار آستنیت و مارتنزیت در اثر گرم کردن و سرد کردن قابلیت تبدیل به یکدیگر را در گستره محدودی از دما دارا می باشند.
تبدیل فازهای آلیاژ حافظه دار چگونه است؟
در دمای بالا ساختار آلیاژ حافظه دار، آستنیت می باشد و با کاهش دما این فاز با مکانیزم تغییر شکل دوقلویی به مارتنزیت تبدیل می شود. این استحاله در اثر تغییر شکل برشی و حرکت دسته جمعی اتم ها در شبکه کریستالی اتفاق می افتد و تقارن نسبی بین دو فاز پایدار در دمای بالا (آستنیت) و پایدار در دمای پایین (مارتنزیت) باعث می شود که استحاله کاملاً منظم باشد.
مثال برای تغییر فاز در آلیاژ حافظه دار
شکل 1 تغییر ریزساختار حاصل از دوقلویی شدن را نشان می دهد. در این استحاله، جابجایی تک تک اتم ها بین نقاط شبکه ای از یک شبکه (در ساختار کریستالی فاز مادر یا آستیت) به شبکه دیگر (در ساختار کریستالی فاز جدید یا مارتنزیت) صورت می گیرد. حرکت و جابجایی اتم ها در نهایت منجر به دگرگونی در مقیاس ماکروسکوپی می شود و ساختار کریسالی تبدیل به مارتنزیت می گردد. به بیان ساده تر، دگرگونی شبکه از آستنیت به مارتنزیت به طور تدریجی اتفاق می افتد.اتم ها لایه به لایه مسافت کمی را طی می کنند تا این که تمامی لایه های اتمی تغییر شکل دهند. در این هنگام ساختار مارتنزیتی جدید تشکیل می شود.
نکته قابل توجه این است که اگر مکانیزم تغییر شکل به جای دوقلویی، لغزش باشد، پیوند بین اتم ها شکسته می شود و این نوع تغییر شکل یک فرآیند دائمی و غیر برگشت پذیر محسوب می شود؛ در صورتی که دوقلویی یک فرایند کاملاً برگشت پذیر می باشد. مرزهای دوقلویی مارتنزیتی انرژی بسیار کمی دارند و بسیار متحرک هستند، بنابراین چنانچه تنشی به این ساختار اعمال شود مرزهای دوقلویی به راحتی حرکت کرده و ماده به شکلی مطابق با تنش اعمالی تغییر می یابد.
شکل1: تغییر ریزساختار حاصل از دوقلویی شدن
لازم به ذکر است که همه موادی که دارای استحاله مارتنزیتی می باشند، آلیاژ حافظه دار نیستند بلکه برای حافظه دار بودن لازم است که استحاله مارتنزیتی، بازگشت پذیر باشد و پسماند خیلی کم باشد.
مشخصات و خواص تعدادی از آلیاژهای حافظه دار
جدول 2 مقایسه ای بین مشخصات و خواص تعدادی از آلیاژهای حافظه دار را بیان می کند.
جدول 2: مقایسه ای بین مشخصات و خواص تعدادی از آلیاژهای حافظه دار
خواص آلیاژهای حافظه دار خصوصاً پارامترهای مربوط به استحاله مارتنزیتی به شدت به ترکیب شیمیایی، ساختار و مکانیک مواد بستگی دارد. به عنوان مثال برای آلیاژ نیکل- تیتانیم یک تغییر 1/0 درصدی نیکل موجب تغییر به اندازه 15 درجه انتیگراد در دمای Ms می شود و با تغییر درصد نیکل بین 49 تا 51 درصد تغییرات Ms بین 200- تا 120+ درجه سانتیگراد خواهد بود. با این حساسیت به ترکیب شیمیایی می توان آلیاژهایی برای مسائل مختلف بدست آورد.
مقاله قبلی سایت تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
