- ارسال ها
- 30
- لایک ها
- 55
- امتیاز
- 0
آلیاژهای حافظه دار:
آلیاژهای حافظه دار گروه جدیدی از مواد هستند که اگر با ترکیب شیمیایی مشخّص تحت عملیات حرارتی مناسبی قرار گیرند؛ توانایی بازگشت به شکل یا اندازه از قبل تعیین شده را از خود نشان می دهند.
همچنین این مواد قابلیت تبدیل انرژی گرمایی(الکتریکی)را به انرژی مکانیکی دارند واگر گرم وسرد کردن این آلیاژها با جریان الکتریکی کنترل شود؛ میتوان حرکتهای سیکلی با قابلیت تکرار در دفعات متوالی ایجاد کرد.
آلیاژهای حافظه دار از عناصر نیکل و تیتانیوم تشکیل شده اند، که تحت نام نایتینول شناخته می شوند.
این آلیاژها کاربردهای گوناگون و بسیار مفیدی در زمینه هایی همچون: هوا وفضا، صنایع خودروسازی، پزشکی،دندانپزشکی و....
خاصیت منحصر به فرد این آلیاژها بر اساس تغییر فاز در آلیاژ نایتینول میباشد.
چگونگی پی بردن به حافظه داربودن این آلیاژها:History”SMAs” (تاریخچه)×
در سال 1961در لابراتوار اسلحه و مهمات نیروی دریایی White Oak بود ،که به خاصیت بی همتاو شگفت انگیز این گونهآلیاژها پی برده شد.
Dr.Wiliam.j.Buehler اولین نفری بود که به حافظه دار بودن این آلیاژها پی برد.
اکتشاف حقیقی خاصیت حافظه دار بودن آلیاژ به طور تصادفی به دست آمد.در نشست هیئت مدیره لابراتوار یک نوار از این آلیاز که مدتها از خم شدن آن می گذشت مهیا بود.یکی از حاضران به نام « دکتر دیوید» نوار را با فندک مخصوص پیپش گرم کرد وبه طور شگفت آوری نوار کشیده شد و به حالت اولیه خود برگشت.
ترکیبات آلیاژهای حافظه دار×
تشکیل شده اند وبا نام تجاری نایتینول شناخته می شوند Ti,Niآلیاژهای حافظه دار عموما از را Si-Mg-Fe وAl-Zn-Cu;;Ni-Cu-Al همچنین در مواردی این گونه آلیاژها سایر آلیاژها مانند :
نیز در خود دارند.
اساس حافظه داری آلیاژ NiTinol×
اصل حافظه داری درآلیاژ نایتینول تغییر فاز می باشد. در واقع پس از کشف این خاصیت درآلیاژهای حافظه دار سؤال این بود که تا چه مقدار این فلزات می توانند شکل اولیه خود را به خاطر آورند.
« دکتر فردریک» که یک پژوهشگر در ساختمان کریستالی است با دقت تغییرات ساختمانی که در تراز اتمی خاصیت بی همتای این فلزات تاثیر داشتند بررسی کرد.او فهمید که نیتینول یک فاز متغییر دارد (البته در حالت جامد) و این فاز متغییر مارتنزیت و آستنیت می باشد.نیتینول می تواند در دمای نسبتا پایین تغییر فرم پلاستیک یافته و سپس در درجه حرارت بالا به شکل قبل از تغییر فرم پلاستیک برگردد.
اساس خاصیت برگشت پذیری این آلیاژها«تغییر حالت مارتنزیتی فاز آستنیت می باشد».
درفاز مارتنزیت نیتینول می تواند خم شود و به اشکال مختلف تغییر شکل بدهد.
آزمایش جهت بررسی حافظه دار بودن یک آلیاژ حافظه دار×
به منظور بررسی اثر حافظه دار بودن یک آلیاژ حافظه دار پایه مس،چندین ترکیب مختلف از سیستم سه تایی مس-روی-آلومینیوم انتخاب شد ند.نمونه های آزمایشی با استفاده از مواد اولیه با خلوص تجارتی توسط فرایند ذوب در کوره القایی و نورد گرم و سرد تهیه شدند و بر روی یکی از ترکیبات ساخته شده درمحدوده حرارتی 290-200 درجه سانتیگراد رفتار پیری ایزو ترمال مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از آزمایشات خمش، سختی، کشش مکانیکی، اندازه گیری ضریب مقاومت الکتریکی وبررسی(اثرحافظه دار ورفتار پیری مورد مطالعه قرار گرفت. SEMمتالوگرافی با میکروسکوپ نوری و الکترونی ) نتایج بدست آمده بیانگر آن است که اثر حافظه دار در این آلیاژها در اثر تحول مارتنزیتی بوده ودر محدوده حرارتی تغییر حالت خواص آلیاژ بطور قابل توجهی تغییر پیدا می کند.
رفتار پیری با استفاده از روابط سینتیکی مورد بررسی قرار گرفت.نتایج حاصله نشان می دهند که از بین رفتن اثر حافظه دار در این آلیاژها با تغییرات خواص آلیاژ(افزایش سختی، استحکام کششی، تسلیم،ضریب مقاومت الکتریکی ومدول الاستیسیته)همراه می باشند. چنین تغییراتی ناشی از تحولهای اکتیواسیون حرارتی بوده و انرزی محرکه تغییر حالت پیری ایزوترمال در حدود 110 kj/mol می باشد.
روش تهیه: ( براساس یک آزمایش وتحقیق)×
برای تهیه آلیاژ حافظه دار تیتانیوم- نیکل؛چهار روش ذوب در کوره مقاومتی، کوره مقاومتی خلاء، کوره کوانتومتری و توسط روش سنتز احتراقی بررسی شده اند.
محصول دو روش اول همگن نبوده وقابلیت نورد گرم ندارند ولی قطعهً ذوب شده در کوره کوانتومتری از نظر ترکیب شیمیایی یکنواخت است وقابلیت کار گرم دارد. درفرایند سنتز احتراقی علاوه بر اینکه صرفه جوئی قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی وزمان صورت می گیرد ؛محصول فرآیند نیز می تواند به راحتی نورد گرم وسرد شوند وبر خلاف سه روش قبلی نیازی به عملیات حافظه دار کردن ندارند.
توضیحات×
درصد اتمی نیکل نیز فاز R تشکیل می شود ودر دو ترکیب شیمیایی3.50با روش سنتز احتراقی حتّی در آلیاژ آزمایش شده، منحنی تغییرات MS,RT بر حسب دمای پیری دارای یک ماکزیمم است که با افزایش محتوای نیکل زیاد می شود. همچنین با طراحی مناسب عملیات حرارتی می توان AS را پایین تر از MS کاهش داد.
پیر کردن باعث پدیداری درجه حرارت هایAS,MS وTR نسبت به چرخه های حرارتی می شوددر دمای C 500 کار سرد بعد از عملیات حرارتی (محلولی) باعث کاهش نرخ تغییراتMS,AS نسبت به دمای پیری می شود و از تشکیل فاز R در دمای پیریC 350 جلوگیری می کند.در دمای پیری ثابت MS,TR تابع مقدار کار سرد بوده ورفتار یکنواختی از خود نشان می دهد.
کاربردهای آلیاژ حافظه دار×
آلیاژهای حافظه دار کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارند ؛ از جمله این کاربردها، کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی، هواوفضا، صنایع خودروسازی، صنایع الکترونی و بعضی کاربرد های دیگر می باشد.
مواد حافظه دار عملکردهای ویژه و بدیعی از خود به نمایش می گذارند که از آن جمله حس گرایی(که شامل سه بخش حرارتی یا میدان می شود) به کار انداز ضربه بالا ، میرایی بالا، پاسخ های انطباقی، قابلیت حافظه داری و سوپرالاستیسیته میباشند که قابل استفاده در وسایل مختلف مهندسی جهت سیستمهای هوشمنداست. کاربردهای آلیاژهای حافظه دار در مقاله ای فنی و مهندسی به چهاردسته:
۱- بازیابی آزاد ۲- بازیابی مقید
۳- محرکها ۴- تغییر شکل سوپر الاستیک
تقسیم بندی شده است.
همچنین این آلیاژها ها برای مواردی از قبیل فعّال کننده (محرک بازوی عامل مکانیسم) ویا در پاسخگویی به حرارت ویا میدان مغناطیسی مفید هستند.
کاربرد در صنایع خودروسازی×
امروزه آلیاژهای حافظه دار جهت کنترل موتور، انتقال قدرت وتوقّف اتومبیل استفاده می شودهمچنین از آن به عنوان جا یگزینی به جای موتور DC استفاده می شودکه درهرچه سبکترکردن سیستم تحریک، حذف گیربکس وکلاچ کمک بسیارزیادی می کندودرلغایت تمام این مذایاباعث افزایش اعتماد به نفس راننده وبالا رفتن ضریب اطمینان براثر کنترل دقیق اتومبیل خواهد شد.
کاربرد در پزشکی×
کاربرد آلیاژهای حافظه دار به عنوان سیستم تحریک روز به روز بیشتر می شود.از جمله استفاده آلیاژهای حافظه دار در پزشکی را می توان در ساخت پلاکها و ایمپلنت های پزشکی نام برد.
شناخت این گونه آلیاژها×
برای شناخت ترمودینامیکی ومکانیکی آلیاژ های حافظه دارTI- NI آزمایشاتی از قبیل اندازه گیری مقدار گرما برای انتقال فاز ؛ مقدار کرنش قابل بازیافت ، عمر و ضریب میرایی آلیاژ باید انجام پذیرد . برای مطالعه بر روی این آلیاژها و ا رائه ترکیب آلیاژهای جدید و ساخت این گونه آلیاژها آزمایشات مختلف از جمله ذوب، بررسی فرآیند انجماد، انجام عملیات نورد، انجام عملیات حرارتی وتستهای متالوگرافی انجام می گیرد.
در پایان :
به دلیل عدم آشنایی صنعت با تکنولوژی آلیاژهای حافظه دار استفاده از این محرک هنوز به رشد لازم نرسیده است. اما مراکزعلمی جهت فهم مکانیزم وخواص این گونه محرک ها در حال انجام تحقیقات گسترده ای هستند که ژاپن پیشرودراین زمینه می باشد وتاکنون بیش از 100مقاله درباره این گونه آلیاژهاا رائه کرده است.
آلیاژهای حافظه دار گروه جدیدی از مواد هستند که اگر با ترکیب شیمیایی مشخّص تحت عملیات حرارتی مناسبی قرار گیرند؛ توانایی بازگشت به شکل یا اندازه از قبل تعیین شده را از خود نشان می دهند.
همچنین این مواد قابلیت تبدیل انرژی گرمایی(الکتریکی)را به انرژی مکانیکی دارند واگر گرم وسرد کردن این آلیاژها با جریان الکتریکی کنترل شود؛ میتوان حرکتهای سیکلی با قابلیت تکرار در دفعات متوالی ایجاد کرد.
آلیاژهای حافظه دار از عناصر نیکل و تیتانیوم تشکیل شده اند، که تحت نام نایتینول شناخته می شوند.
این آلیاژها کاربردهای گوناگون و بسیار مفیدی در زمینه هایی همچون: هوا وفضا، صنایع خودروسازی، پزشکی،دندانپزشکی و....
خاصیت منحصر به فرد این آلیاژها بر اساس تغییر فاز در آلیاژ نایتینول میباشد.
چگونگی پی بردن به حافظه داربودن این آلیاژها:History”SMAs” (تاریخچه)×
در سال 1961در لابراتوار اسلحه و مهمات نیروی دریایی White Oak بود ،که به خاصیت بی همتاو شگفت انگیز این گونهآلیاژها پی برده شد.
Dr.Wiliam.j.Buehler اولین نفری بود که به حافظه دار بودن این آلیاژها پی برد.
اکتشاف حقیقی خاصیت حافظه دار بودن آلیاژ به طور تصادفی به دست آمد.در نشست هیئت مدیره لابراتوار یک نوار از این آلیاز که مدتها از خم شدن آن می گذشت مهیا بود.یکی از حاضران به نام « دکتر دیوید» نوار را با فندک مخصوص پیپش گرم کرد وبه طور شگفت آوری نوار کشیده شد و به حالت اولیه خود برگشت.
ترکیبات آلیاژهای حافظه دار×
تشکیل شده اند وبا نام تجاری نایتینول شناخته می شوند Ti,Niآلیاژهای حافظه دار عموما از را Si-Mg-Fe وAl-Zn-Cu;;Ni-Cu-Al همچنین در مواردی این گونه آلیاژها سایر آلیاژها مانند :
نیز در خود دارند.
اساس حافظه داری آلیاژ NiTinol×
اصل حافظه داری درآلیاژ نایتینول تغییر فاز می باشد. در واقع پس از کشف این خاصیت درآلیاژهای حافظه دار سؤال این بود که تا چه مقدار این فلزات می توانند شکل اولیه خود را به خاطر آورند.
« دکتر فردریک» که یک پژوهشگر در ساختمان کریستالی است با دقت تغییرات ساختمانی که در تراز اتمی خاصیت بی همتای این فلزات تاثیر داشتند بررسی کرد.او فهمید که نیتینول یک فاز متغییر دارد (البته در حالت جامد) و این فاز متغییر مارتنزیت و آستنیت می باشد.نیتینول می تواند در دمای نسبتا پایین تغییر فرم پلاستیک یافته و سپس در درجه حرارت بالا به شکل قبل از تغییر فرم پلاستیک برگردد.
اساس خاصیت برگشت پذیری این آلیاژها«تغییر حالت مارتنزیتی فاز آستنیت می باشد».
درفاز مارتنزیت نیتینول می تواند خم شود و به اشکال مختلف تغییر شکل بدهد.
آزمایش جهت بررسی حافظه دار بودن یک آلیاژ حافظه دار×
به منظور بررسی اثر حافظه دار بودن یک آلیاژ حافظه دار پایه مس،چندین ترکیب مختلف از سیستم سه تایی مس-روی-آلومینیوم انتخاب شد ند.نمونه های آزمایشی با استفاده از مواد اولیه با خلوص تجارتی توسط فرایند ذوب در کوره القایی و نورد گرم و سرد تهیه شدند و بر روی یکی از ترکیبات ساخته شده درمحدوده حرارتی 290-200 درجه سانتیگراد رفتار پیری ایزو ترمال مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از آزمایشات خمش، سختی، کشش مکانیکی، اندازه گیری ضریب مقاومت الکتریکی وبررسی(اثرحافظه دار ورفتار پیری مورد مطالعه قرار گرفت. SEMمتالوگرافی با میکروسکوپ نوری و الکترونی ) نتایج بدست آمده بیانگر آن است که اثر حافظه دار در این آلیاژها در اثر تحول مارتنزیتی بوده ودر محدوده حرارتی تغییر حالت خواص آلیاژ بطور قابل توجهی تغییر پیدا می کند.
رفتار پیری با استفاده از روابط سینتیکی مورد بررسی قرار گرفت.نتایج حاصله نشان می دهند که از بین رفتن اثر حافظه دار در این آلیاژها با تغییرات خواص آلیاژ(افزایش سختی، استحکام کششی، تسلیم،ضریب مقاومت الکتریکی ومدول الاستیسیته)همراه می باشند. چنین تغییراتی ناشی از تحولهای اکتیواسیون حرارتی بوده و انرزی محرکه تغییر حالت پیری ایزوترمال در حدود 110 kj/mol می باشد.
روش تهیه: ( براساس یک آزمایش وتحقیق)×
برای تهیه آلیاژ حافظه دار تیتانیوم- نیکل؛چهار روش ذوب در کوره مقاومتی، کوره مقاومتی خلاء، کوره کوانتومتری و توسط روش سنتز احتراقی بررسی شده اند.
محصول دو روش اول همگن نبوده وقابلیت نورد گرم ندارند ولی قطعهً ذوب شده در کوره کوانتومتری از نظر ترکیب شیمیایی یکنواخت است وقابلیت کار گرم دارد. درفرایند سنتز احتراقی علاوه بر اینکه صرفه جوئی قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی وزمان صورت می گیرد ؛محصول فرآیند نیز می تواند به راحتی نورد گرم وسرد شوند وبر خلاف سه روش قبلی نیازی به عملیات حافظه دار کردن ندارند.
توضیحات×
درصد اتمی نیکل نیز فاز R تشکیل می شود ودر دو ترکیب شیمیایی3.50با روش سنتز احتراقی حتّی در آلیاژ آزمایش شده، منحنی تغییرات MS,RT بر حسب دمای پیری دارای یک ماکزیمم است که با افزایش محتوای نیکل زیاد می شود. همچنین با طراحی مناسب عملیات حرارتی می توان AS را پایین تر از MS کاهش داد.
پیر کردن باعث پدیداری درجه حرارت هایAS,MS وTR نسبت به چرخه های حرارتی می شوددر دمای C 500 کار سرد بعد از عملیات حرارتی (محلولی) باعث کاهش نرخ تغییراتMS,AS نسبت به دمای پیری می شود و از تشکیل فاز R در دمای پیریC 350 جلوگیری می کند.در دمای پیری ثابت MS,TR تابع مقدار کار سرد بوده ورفتار یکنواختی از خود نشان می دهد.
کاربردهای آلیاژ حافظه دار×
آلیاژهای حافظه دار کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارند ؛ از جمله این کاربردها، کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی، هواوفضا، صنایع خودروسازی، صنایع الکترونی و بعضی کاربرد های دیگر می باشد.
مواد حافظه دار عملکردهای ویژه و بدیعی از خود به نمایش می گذارند که از آن جمله حس گرایی(که شامل سه بخش حرارتی یا میدان می شود) به کار انداز ضربه بالا ، میرایی بالا، پاسخ های انطباقی، قابلیت حافظه داری و سوپرالاستیسیته میباشند که قابل استفاده در وسایل مختلف مهندسی جهت سیستمهای هوشمنداست. کاربردهای آلیاژهای حافظه دار در مقاله ای فنی و مهندسی به چهاردسته:
۱- بازیابی آزاد ۲- بازیابی مقید
۳- محرکها ۴- تغییر شکل سوپر الاستیک
تقسیم بندی شده است.
همچنین این آلیاژها ها برای مواردی از قبیل فعّال کننده (محرک بازوی عامل مکانیسم) ویا در پاسخگویی به حرارت ویا میدان مغناطیسی مفید هستند.
کاربرد در صنایع خودروسازی×
امروزه آلیاژهای حافظه دار جهت کنترل موتور، انتقال قدرت وتوقّف اتومبیل استفاده می شودهمچنین از آن به عنوان جا یگزینی به جای موتور DC استفاده می شودکه درهرچه سبکترکردن سیستم تحریک، حذف گیربکس وکلاچ کمک بسیارزیادی می کندودرلغایت تمام این مذایاباعث افزایش اعتماد به نفس راننده وبالا رفتن ضریب اطمینان براثر کنترل دقیق اتومبیل خواهد شد.
کاربرد در پزشکی×
کاربرد آلیاژهای حافظه دار به عنوان سیستم تحریک روز به روز بیشتر می شود.از جمله استفاده آلیاژهای حافظه دار در پزشکی را می توان در ساخت پلاکها و ایمپلنت های پزشکی نام برد.
شناخت این گونه آلیاژها×
برای شناخت ترمودینامیکی ومکانیکی آلیاژ های حافظه دارTI- NI آزمایشاتی از قبیل اندازه گیری مقدار گرما برای انتقال فاز ؛ مقدار کرنش قابل بازیافت ، عمر و ضریب میرایی آلیاژ باید انجام پذیرد . برای مطالعه بر روی این آلیاژها و ا رائه ترکیب آلیاژهای جدید و ساخت این گونه آلیاژها آزمایشات مختلف از جمله ذوب، بررسی فرآیند انجماد، انجام عملیات نورد، انجام عملیات حرارتی وتستهای متالوگرافی انجام می گیرد.
در پایان :
به دلیل عدم آشنایی صنعت با تکنولوژی آلیاژهای حافظه دار استفاده از این محرک هنوز به رشد لازم نرسیده است. اما مراکزعلمی جهت فهم مکانیزم وخواص این گونه محرک ها در حال انجام تحقیقات گسترده ای هستند که ژاپن پیشرودراین زمینه می باشد وتاکنون بیش از 100مقاله درباره این گونه آلیاژهاا رائه کرده است.