Alak memória effektus

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. június 20-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Az alakmemória-effektus egy olyan jelenség, amely hevítéskor  visszanyeri eredeti alakját , ami bizonyos anyagoknál megfigyelhető előzetes deformáció után.

Bevezetés

A külvilág jelenségeiről az emberek egyik alapvető felfogása a  fémtermékek és -szerkezetek tartóssága és megbízhatósága, amelyek hosszú ideig stabilan megőrzik funkcionális formájukat , kivéve persze, ha szuperkritikus hatásoknak vannak kitéve.

Vannak azonban olyan anyagok , fémötvözetek , amelyek előzetes deformáció után hevítve azt a jelenséget mutatják, hogy visszatérnek eredeti alakjukba.

Jelenség

Az alakmemória-effektus megértéséhez elég egyszer látni a megnyilvánulását (lásd 1. ábra). Mi történik?

  1. Van egy fémhuzal .
  2. Ez a vezeték meg van hajlítva.
  3. Elkezdjük melegíteni a vezetéket.
  4. Melegítéskor a huzal kiegyenesedik, visszaállítva eredeti alakját.

A jelenség lényege

Miért történik ez? (Lásd a 2. ábrát)

  1. A kezdeti állapotban az anyag bizonyos szerkezettel rendelkezik. Az ábrán szabályos négyzetek jelzik .
  2. A deformáció (jelen esetben hajlítás ) során az anyag külső rétegei megfeszülnek, a belső rétegek összenyomódnak (a középsők változatlanok maradnak). Ezek a hosszúkás szerkezetek martenzites lemezek, ami nem szokatlan a fémötvözetek esetében. Az alakmemóriával rendelkező anyagokban szokatlan módon a martenzit termoelasztikus.
  3. Hevítéskor a martenzitlemezek hőrugalmassága kezd megjelenni, azaz belső feszültségek keletkeznek bennük , amelyek hajlamosak a szerkezetet visszaállítani az eredeti állapotába, vagyis a megnyúlt lemezeket összenyomni, a lapítottakat megnyújtani.
  4. Mivel a külső hosszúkás lemezeket összenyomják, a belső lapítottakat pedig nyújtják, az anyag egészében az ellenkező irányú autodeformáción megy keresztül, és visszaállítja eredeti szerkezetét, ezzel együtt formáját.

Az alakmemória effektus jellemzői

Az alakmemória hatást két mennyiség jellemzi.

  1. Szigorúan egységes kémiai összetételű ötvözetmárka.
  2. A martenzites átalakulások hőmérsékletei .

Az alakmemória-effektus megnyilvánulási folyamatában kétféle martenzites átalakulás vesz részt - közvetlen és fordított. Ennek megfelelően mindegyik a saját hőmérsékleti tartományában nyilvánul meg: M H és M K  - a közvetlen martenzites átalakulás kezdete és vége hűtéskor, A H és A K  - a fordított martenzites átalakulás kezdete és vége melegítéskor.

A martenzites átalakulási hőmérséklet az ötvözet minőségétől (ötvözetrendszerétől) és kémiai összetételétől is függ . Az ötvözet kémiai összetételének kis változásai (szándékosan vagy házasság eredményeként ) ezeknek a hőmérsékleteknek az eltolódásához vezetnek (lásd a 4. ábrát).

Ez azt jelenti, hogy szigorúan be kell tartani az ötvözet kémiai összetételét az alakmemória-effektus egyértelmű funkcionális megnyilvánulásához, amely a kohászati ​​termelést a csúcstechnológiák szférájába fordítja .

Az alakmemória effektus több millió ciklusban nyilvánul meg ; előzetes hőkezelésekkel erősíthető .

Reverzibilis alakmemória hatások lehetségesek, amikor egy anyag az egyik hőmérsékleten egy alakra "emlékezik", egy másik hőmérsékleten pedig egy másikra.

Minél magasabb a fordított martenzites transzformáció hőmérséklete, annál kevésbé kifejezett az alakmemória effektus. Például gyenge alakmemória effektus figyelhető meg a Fe–Ni (5–20% Ni) rendszer ötvözeteiben, amelyekben a fordított martenzites átalakulás hőmérséklete 200–400 ˚C.

Az alakmemória funkcionális tulajdonságai közül nagy elméleti és gyakorlati jelentőséggel bír az ún. orientált transzformációs deformáció jelensége. Ennek az örökletes jelenségnek a jelentése a következő. Ha egy feszültség alatt lehűtött testet abban a hőmérsékleti tartományban tehermentesítünk, ahol a közvetlen martenzites átalakulás plaszticitása megvalósul, és a hőmérsékletcsökkenés nem áll meg, a folyamatos hűtés nem mindig okoz makroszkopikus deformációt. Éppen ellenkezőleg, a deformáció leggyakrabban tovább halmozódik, mintha az anyagot alig tehermentesítették volna. Más esetekben a hűtés intenzív megtérülése tapasztalható. Az ilyen tulajdonságok, amelyek közül az elsőt általában orientált transzformációs deformációnak, a másodikat a deformáció rendellenes visszatérésének nevezik, a terhelés hatására kialakuló martenzitkristályok növekedésével járnak együtt - orientált átalakulás deformációja esetén pozitív orientációjú kristályok, ill. az anomális visszatérés esete - negatív orientáció. Ezeket a jelenségeket elsősorban orientált mikrofeszültségek indíthatják el.

Szuperrugalmasság

Az alakmemória-effektussal szorosan összefüggő másik jelenség a szuperrugalmasság – a folyáshatárt jelentősen meghaladó terhelésnek kitett anyag azon tulajdonsága, hogy a terhelés eltávolítása után teljesen visszaállítja eredeti alakját [1] . A szuperelaszticitás a közvetlen martenzites átalakulás kezdete és a fordított átalakulás vége közötti hőmérséklet-tartományban figyelhető meg.

Shape Memory Materials

Titán-nikkelid

Az alakmemóriával rendelkező anyagok közül az alkalmazás és a tanulmányozás tekintetében vezető szerepet tölt be a titán-nikelid ( nitinol ), egy ekviatomikus összetételű intermetallikus vegyület , amely 55 tömeg% Ni-t tartalmaz. Olvadáspont - 1240-1310 ˚C, sűrűség - 6,45 g / cm³. A titán-nikelid kezdeti szerkezete, egy stabil, testközpontú, CsCl típusú köbös rács, a deformáció során termoelasztikus martenzites átalakuláson megy keresztül, és alacsony szimmetriájú fázis képződik .

A titán - nikkelidből készült elem képes ellátni az érzékelő és a működtető funkcióját is .

A titán-nikkelid a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

Az anyag hátrányai közé tartozik a rossz gyárthatóság és a magas ár:

Az ipari termelés jelenlegi szintjén a titán-nikkelidből (a Cu-Zn-Al rendszerű ötvözetekkel együtt) készült termékek széles körű gyakorlati alkalmazásra és piaci értékesítésre találtak .

Egyéb ötvözetek

A 20. század végén az alakmemória effektust több mint 20 ötvözetben találták meg. A titán-nikkelid mellett az alakmemória effektus a következő rendszerekben is megtalálható:

Néhány kutató[ ki? ] úgy vélik, hogy az alakmemória effektus alapvetően lehetséges bármilyen martenzites átalakuláson áteső anyag esetében, beleértve az olyan tiszta fémeket is, mint a titán , cirkónium és kobalt .

Titán-nikkelid előállítása

Az olvasztást vákuumkoponyában vagy elektromos ívkemencében, fogyóelektródával, védőatmoszférában ( hélium vagy argon ) végzik. A töltet mindkét esetben titán-jodid vagy titánszivacs , brikettre préselve és H-0 vagy H-1 nikkelminőségű . A tömb keresztmetszetében és magasságában egységes kémiai összetétel elérése érdekében kettős vagy háromszoros újraolvasztás javasolt. Ívkemencében történő olvasztáshoz 1,2 kA áram , 40 V feszültség és 53 MPa héliumnyomás javasolt. A bugák optimális hűtési módja a repedés elkerülése érdekében a kemencével történő hűtés (legfeljebb 10 ˚C/s). Felületi hibák eltávolítása - hámozás csiszolókoronggal. A kémiai összetétel teljesebb összehangolása érdekében a tuskó térfogatában a homogenizálást 950–1000 ˚C hőmérsékleten, inert atmoszférában végezzük.

Anyagok alkalmazása alakmemória hatással

Titanium Nickel Couplings

A perselyt először a Raychem Corporation (USA) fejlesztette ki és vezette be a katonai repülőgépek hidraulikus rendszerének csöveinek összekötésére . Több mint 300 000 ilyen kapcsolat van a vadászgépben , de ezek meghibásodásáról soha nem érkezett jelentés. . Az összekötő karmantyú megjelenése a 2. ábrán látható. 5. Funkcionális elemei belső kiemelkedések.

Az ilyen perselyek használata a következő (lásd 6. ábra):

  1. A hüvely eredeti állapotában 20 ˚C hőmérsékleten.
  2. A perselyt egy kriosztátba helyezzük , ahol –196 ˚C hőmérsékleten a belső kiemelkedéseket egy dugattyúval kiszélesítjük.
  3. A hideghüvely belülről simává válik.
  4. A kriosztátból speciális fogóval távolítják el a hüvelyt és ráhelyezik a csatlakoztatandó csövek végére .
  5. A szobahőmérséklet az ötvözet adott összetételéhez tartozó fűtési hőmérséklet, amelyre felmelegítve minden automatikusan megtörténik: a belső kiemelkedések visszaállítják eredeti alakjukat, kiegyenesednek és belevágnak a csatlakoztatott csövek külső felületébe.

Kiderült, hogy egy erős vákuumtömör csatlakozás, amely akár 800 atm nyomást is képes ellenállni. Valójában ez a fajta csatlakozás helyettesíti a hegesztést . És megakadályozza a hegesztés olyan hiányosságait, mint a fém elkerülhetetlen lágyulása és a hibák felhalmozódása a fém és a hegesztés közötti átmeneti zónában.

Ezenkívül ez a csatlakozási mód jó a végső csatlakozáshoz szerkezet összeszerelésekor, amikor a hegesztés nehezen hozzáférhető csomópontok és csővezetékek összefonódása miatt. Ezeket a perselyeket repülési, űrhajózási és autóipari alkalmazásokban használják . Ezt a módszert tenger alatti kábelcsövek csatlakoztatására és javítására is használják.

Az orvostudományban

Hőriasztás

Egyéb felhasználások

Lásd még

Jegyzetek

  1. Boyko, 1991 , p. 160.

Irodalom

Linkek