Ваша область: ?
Ваша область: ?

Ефект пам'яті форми

Для більшості людей у сприйнятті навколишнього світу, одним із стійких понять є – міцність, надійність і стійкість форми металевих виробів і конструкцій з нього, які стабільні у своїй формі, якщо їх не піддають критичному впливу.

Міфи і помилки

Довгі роки процес непружної деформації вважалася абсолютно незворотнім.

В шістдесятих роках 20 століття американські вчені Вільям Бюлер і Фредерік Ванг відкрили цілий клас металевих сплавів, процес непружної деформації у яких відбувається за коштами структурних перетворень.

У них при нагріванні, після попередньої деформації, відбувається процес повернення до вихідної форми.

Активізація такого матеріалу відбувається при t приблизно 40 градусів. Зміна температури впливає на кристалічну решітку нітінола, яка змінює свою конфігурацію, переходячи з однієї фази в іншу.


Матеріали даного класу показали, що процес непружного деформування – цілком звернемо.

Довільна зміна форм здійснюється в ізотермічних умовах і при зміні температури. Явище запам'ятовування форми неможливо придушити значним силовим впливом, а ступінь реактивних напружень здатна наближатися до 1000-1300Мпа.

Ефект пам'яті форми

Ефект пам'яті форми    відновлення початкової форми під дією тепла, що спостерігається у певних матеріалів у слідстві попередньої деформації.

ЕПФ проявляється в наступному - метал, що володіє заданои формою аустенитном стані під впливом підвищеної t, деформуються в слідстві снижнной t мартенситних перетворень. Внаслідок перегрівання, відновлюється первинний вид металу.

ЕПФ притаманний матеріалів володіє термопружною мартенситными перетвореннями, когерентністю решіток первинної аустенітної та мартенситної фаз, низьким значенням гістерезису структурного перетворення, а також несуттєвими змінами обсягу при перетвореннях.

НИТИНОЛ

Одним з найбільш вивчених і широко застосовуваних сплавів володіють ефектом пам'яті форми, по праву вважається нікелід титану, він же нитинол.
Нитинол являє собою інтерметалічна сполука еквіатомного складу з 55% нікелю, 45% титану. t плавлення сплаву — 1240—1310  C, щільність — 6,45 г/см3.

Нікелід титану може бути датчиком або перебувати в ролі виконавчого механізму.

Іншими словами, в цьому матеріалі є свої датчики, які здатні фіксувати зовнішній вплив, проводити обробку, і навіть здійснювати контроль над ними в режимі реального часу. Перебудова структури може здійснюватися самостійно, або передаватися за ЕОМ, які програмують, з урахуванням вимог до конструкції, умов експлуатації, характеристик матеріалу і т. д.

Властивості нітінола:

  • досить сильна корозійностійкої;
  • висока ступінь:
  • міцності;
  • запам'ятовування і відновлення форми;
  • поглинання енергії вібрації, яка залежить від напружень в матеріалі.
  • рівень деформації в межах 8 % - абсолютно відновимо;
  • ступінь напруги відновлення сягає до 800 МПа;
  • хороша біологічна сумісність;
  • крім цього, нитинол в 10 разів більш еластичною будь-якого металу.

Істотним мінусом нікеліда титану є погана технологічність (складність витримки пропорцій елементів, плавлення, переробки, зварювання та обробки металу) і велика вартість.

Мала технологічність полягає в тому, що титан, що входить до складу сприяє легкому приєднання азоту і кисню та для запобігання окислення потрібне використання вакуумування.

 внаслідок високого ступеня міцності сплаву, може його обробка для виготовлення деталей, а тим більш способом різання.
з Огляду на особливі властивості нітінола, навіть при істотно високої вартості, масштабне його виробництво і виробів з нього, також, як і сплавів системи Мідь-Цинк - Алюміній, знайшли широке застосування в різних видах промисловості і ринковий збут.

Трошки науки

Як ми вже говорили, нитинол на 55% складається з нікелю і на 45% з титану.
Однак, варіюючи відсотки їх змісту, можна значно коригувати температури фазових переходів і впливати на ширину гістерезису фазової діаграми. У різних матеріалах з ЕПФ період t фазових переходів знаходиться в межах від 4,2 до 1300 К.

Гістерезис - (грец.те, що відстає, пізній) певна залежність зміни фізичної величини, яка характеризує певний стан або властивість тіла, від зміни фізичної величини, що характеризує зовнішні умови. Гістерезис обумовлений незворотними змінами в організмі, що виникають від дії зовнішніх факторів, у результаті чого тіло, з-за зупинки впливу на нього, характеризується так званими залишковими характеристиками (залишковим намагнічуванням, електризацією, деформацією і т. п.).

Рис. 1.3. Вплив t на фазовий склад сплаву з оборотними мартенситными перетвореннями.



t мартенситних перетворень (ТМП) корелюються з загальним складом матеріалу. Збагачення його ткимим елементами, як залізо, марганець, хром, ванадій, кобальт сприяють зменшенню Мн і Мк до –1960С, а додавання в вміст цинку, ніобію, танталу– до зростання цих значень (до +100С). Мідь і кремній мають несуттєве вплив на t перетворень.

Застосування металу з пам'яттю

Є думка, що іони нікелю можуть виходити зі складу сплаву.

Цей факт унеможливлює  використання нітінола в кожній медичній галузі. Оскільки проведені експерименти, на рахунок токсичності і канцерогенності сплавів нікелю, мають неоднозначні результати. А частина вчених взагалі вважають його небезпечним алергеном, а інші дотримуються думки ,що він абсолютно безпечний для тканин людини.

Навіть незважаючи на те, що нікелід титану найбільш вивчений матеріал з пам'яттю форми, на 100% стверджувати про його повної сумісності з клітинами і тканинами людини ми не можемо.

Це цікаво
В Канадському Університеті Ватерлоо створили сплав здатний запам'ятати відразу більше однієї раніше заданої форми. Технологія створення металу з пам'яттю форми полягає в створенні певних перехідних фаз, здатних реагувати на різні температури і можуть плавно змінювати форму предмета. Кожна зміна форми прив'язане до певної температури, що дозволяє створювати різні рухомі механізми, такі як маніпулятори роботів, спритні, але без складної кінематики.

ЕПФ широко застосовують:

  • медицині,
  • стоматології,
  • космічному будівництві,
  • виготовленні двигунів,
  • при виробництві ексклюзивних ювелірних виробів та високотехнологічної одягу.
  1. Прикраси декорують квітками, які в результаті торкання тіла, розкривають бутони, демонструю знаходиться всередині дорогоцінний камінь.
  2. А зовсім нещодавно бренд СогроNova (Італія) запропонував елемент чоловічого одягу, в якому на п'ять нейлонових волокон припадає одна дріт з нітінола.
    "Фішками" такої сорочки були рукави, які при нагріванні до t 35 C закотити, далі охолодити і опустити, то при подальшому досягненні t 35 C рукава закочуються самостійно. Але головна її особливість у тому, що після прасування при t 50 C вона запам'ятовує форму, і після багаторазового комканья, при впливі тепла, до нагрівання до тієї ж температури знову стане, немов щойно випрасована.
  3. У будівництві космічних об'єктів, при відкритті близького і далекого космічного простору, існує ряд складнощів із здійсненням доставки і монтажу різних громіздких конструкцій у відкритий простір.

    Так от, з нітінола створюють антени, конструкція яких складається з листів і стрижнів, скручених у спіраль і поміщених в спеціальний люк в супутнику. Коли він виходить на орбіту, антена нагрівається сонячним випромінюванням і відправляється назовні.
    Окремій складністю є з'єднання громіздких космічних об'єктів в просторах космосу, доставка яких можлива виключно окремими частинами,  а на жаль стандартні способи об'єднання елементів, за коштами зварювання, пайки, склеювання, клепки та інших, в космосі - неможливі, оскільки існують спеціальні максимально підвищені вимоги по техніці безпеки.
    з Огляду на цю специфіку, була розроблена ексклюзивна технологія з'єднання деталей у космосі з використанням муфт з металу ТН-1.  Її використовували в процесі з'єднання конструкції ферми з алюмінієвих сплавів довжиною 14,5 м) з квадратним поперечним перерізом зі сторонами 0,5х0,5 метра. Ферма була виконана з відокремлених трубчастих елементів ф 28 мм, з'єднаних нитиноловой муфтою, що володіє ЕПФ.

Можна ще багато розповідати про сфери застосування нітінола, у будівництві (висотна, сейсмостійке, гидросторительство( мости, греблі, трубопроводи), в машино - і верстатобудуванні, у медицині та стоматології і т. д., важливо те, що за останні 25 років конструкційні матеріали з пам'яттю отримали широке застосування саме в авіа-космічному строительсве.

Завдяки відкриттю матеріалів з ЕПФ відкрилися можливості сосдания перспективних літаків, ракет, великих космічних конструкцій, що забезпечують високі пілотажні характеристики, низькі рівні шуму і вібрацій, а також гарантує повний моніторинг їх стану.

Створення подібних конструкцій - крок до впровадження нових структурних технологій, що включають розробку матеріалів, випробування, аналіз, проектування, виробництво і технічне обслуговування

В останнє час створення нових конструкційних (функціональних) матеріалів, а так само розробка технологій їх створення, необхідні для забезпечення конкурентоспроможності високотехнологічних секторів промисловості та економіки країни.

Опубліковано: 11.04.2017

Поділитися:

Повернутися до списку новин

БАЖАЄТЕ ПЕРЕДЗВОНИМО ВАМ
ПРОТЯГОМ 3 ХВИЛИН?