Perinteisen viisauden mukaan metallit ovat kestävimpiä ja kestävimpiä materiaaleja. On kuitenkin seoksia, jotka voivat palauttaa muotonsa muodonmuutoksen jälkeen ilman ulkoista kuormitusta. Niille on ominaista myös muut ainutlaatuiset fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, jotka erottavat ne rakennemateriaaleista.
Ilmiön ydin
Seosten muotomuistivaikutus on se, että esimuodostunut metalli palautuu itsestään itsestään kuumentamisen seurauksena tai yksinkertaisesti purkamisen jälkeen. Tiedemiehet huomasivat nämä epätavalliset ominaisuudet jo 1950-luvulla. 20. vuosisata Jo silloin tämä ilmiö liitettiin kidehilan martensiittisiin muunnoksiin, joiden aikana tapahtuu atomien järjestettyä liikettä.
Martensiitti muotomuistimateriaalissa on termoelastista. Tämä rakenne koostuu ohuiden levyjen muodossa olevista kiteistä, jotka venytetään ulkokerroksissa ja puristetaan sisäkerroksissa. Muodonmuutosten "kantajat" ovat interfaasi-, kaksois- ja kiteiden väliset rajat. Kuumentamisen jälkeen epämuodostunutmetalliseos, sisäisiä jännityksiä ilmaantuu yrittäen palauttaa metallin alkuperäiseen muotoonsa.
Spontaanien palautumisen luonne riippuu edellisen altistuksen mekanismista ja lämpötilaolosuhteista, joissa se eteni. Suurin mielenkiinto on moninkertainen syklisyys, joka voi olla useita miljoonia muodonmuutoksia.
Metalleilla ja seoksilla, joilla on muotomuistiefekti, on toinen ainutlaatuinen ominaisuus - materiaalin fyysisten ja mekaanisten ominaisuuksien epälineaarinen riippuvuus lämpötilasta.
Lajikkeet
Yllä oleva prosessi voi olla useita muotoja:
- superplastisuus (superelastisuus), jossa metallin kiderakenne kestää muodonmuutoksia, jotka ylittävät merkittävästi myötörajan normaalitilassa;
- yksittäinen ja palautuva muotomuisti (jälkimmäisessä tapauksessa vaikutus toistetaan toistuvasti lämpösyklin aikana);
- eteenpäin ja käänteinen muunnosmuokkaus (jännityksen kerääntyminen jäähdytyksen ja lämmityksen aikana, kun ne kulkevat martensiittisen muunnoksen läpi);
- palautettava muisti: kuumennettaessa palautuu ensin yksi muodonmuutos ja sitten lämpötilan noustessa toinen;
- suuntautunut muunnos (muodonmuutosten kerääntyminen kuorman poistamisen jälkeen);
- pseudoelastisuus - joustamattomien muodonmuutosten palautuminen elastisista arvoista alueella 1-30%.
Palaa metallien alkuperäiseen tilaan vaikutuksellamuotomuisti voi olla niin voimakas, ettei sitä voi tukahduttaa voimalla, joka on lähellä vetolujuutta.
Materiaalit
Tällaisia ominaisuuksia omaavista seoksista yleisin on titaani-nikkeli (49–57 % Ni ja 38–50 % Ti). Heillä on hyvä suorituskyky:
- suuri lujuus ja korroosionkestävyys;
- merkittävä palautumistekijä;
- sisäisen jännityksen arvo palattaessa alkutilaan (jopa 800 MPa);
- hyvä yhteensopivuus biologisten rakenteiden kanssa;
- tehokas tärinänvaimennus.
Titaaninikkelidin (tai nitinolin) lisäksi käytetään myös muita seoksia:
- kaksikomponenttiset - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- kolmikomponenttiset - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si ja muut.
Seoslisäaineet voivat muuttaa suuresti martensiittisen muunnoslämpötilaa, mikä vaikuttaa pelkistysominaisuuksiin.
Teollinen käyttö
Muotomuistiefektin käyttäminen mahdollistaa monien teknisten ongelmien ratkaisemisen:
- laippausmenetelmän k altaisten tiiviiden putkikokoonpanojen luominen (laippaliitokset, itsekiristyvät pidikkeet ja liittimet);
- kiristystyökalujen, tarttujajen, työntimien valmistus;
- design"superjouset" ja mekaanisen energian akut, askelmoottorit;
- liitosten tekeminen erilaisista materiaaleista (metalli-epämetalli) tai vaikeapääsyisiin paikkoihin, kun hitsaus tai juottaminen tulee mahdottomaksi;
- uudelleenkäytettävien tehoelementtien tuotanto;
- mikropiirien kotelon tiivistys, pistorasiat niiden liittämistä varten;
- lämpötilasäätimien ja -anturien valmistus erilaisiin laitteisiin (palohälyttimet, sulakkeet, lämpömoottorien venttiilit ja muut).
Tällaisten laitteiden luomisella avaruusteollisuudelle (itse avautuvat antennit ja aurinkopaneelit, teleskooppilaitteet, työkalut ulkoavaruuden asennustöihin, pyörivien mekanismien käyttölaitteet - peräsimet, ikkunaluukut, luukut, manipulaattorit) on suuria mahdollisuuksia.. Niiden etuna on, että avaruudessa ei ole impulssikuormia, jotka häiritsevät tila-asemaa.
Muotomuistiseosten käyttö lääketieteessä
Lääketieteellisessä materiaalitieteessä näitä ominaisuuksia omaavia metalleja käytetään teknisten laitteiden valmistukseen, kuten:
- askelmoottorit luiden venyttämiseen, selkärangan suoristukseen;
- suodattimet verenkorvikkeille;
- murtumien kiinnityslaitteet;
- ortopediset laitteet;
- puristimet suonille ja v altimoille;
- pumpun osat tekosydämelle tai munuaiselle;
- stentit ja endoproteesit verisuoniin istutettaviksi;
- oikomislangat hampaiden korjaamiseen.
Haitat ja näkymät
Suurista mahdollisuuksistaan huolimatta muotomuistiseoksilla on haittoja, jotka rajoittavat niiden laajaa käyttöä:
- kalliit kemian komponentit;
- monimutkainen valmistustekniikka, tarve käyttää tyhjiölaitteita (typpi- ja happiepäpuhtauksien välttämiseksi);
- vaiheen epävakaus;
- metallien alhainen työstettävyys;
- vaikeuksia mallintaa tarkasti rakenteiden käyttäytymistä ja valmistaa metalliseoksia, joilla on halutut ominaisuudet;
- metalliseosten ikääntyminen, väsyminen ja hajoaminen.
Lupaava suunta tämän teknologia-alueen kehityksessä on pinnoitteiden luominen metalleista, joilla on muotomuistivaikutus, sekä tällaisten rautapohjaisten metalliseosten valmistus. Komposiittirakenteet mahdollistavat kahden tai useamman materiaalin ominaisuuksien yhdistämisen yhdeksi tekniseksi ratkaisuksi.
