آلیاژهای حافظه دار، آلیاژهایی هوشمند

آلیاژ حافظه دار چیست؟

آلیاژ حافظه دار یا آلیاژ هوشمند نوعی آلیاژ است که قابلیت بازگشتن به حالت اولیه خود تحت تنش و گرما را دارد. این آلیاژ با نام SAM هم شناخته می شود که از نام لاتین آن یعنی Shape memory alloys گرفته می شود. به عبارتی در دما و سطح تنشی مشخص، شکل ثابتی دارد و با اعمال دما و تنش تغییر شکل می دهد. اما اگر به دمای ویژه خود برسد، به شکل قبلی خود برمی گردد. 

آلیاژ حافظه دار از چه ترکیباتی ساخته شده است؟

آلیاژ حافظه دار دارای انواع مختلفی بوده که ترکیبات مختلفی هم دارد. دو دسته از آن متداول تر هستند. آلیاژ مس، آلومینیوم، نیکل یکی از این دسته هاست و آلیاژ نیکل و تیتانیم نیز از دیگر آلیاژهای حافظه دار می باشد. آلیاژ کردن فلزاتی همچون روی، طلا و مس هم چنین نتیجه ای را به دنبال دارد. هر چند اختلافاتی نیز دارند. در آلیاژهای هوشمندی که آهن و مس به عنوان فلز پایه به کار می رود، هزینه خرید آنها کمتر از آلیاژهای نیکل-تیتانیم است. اما کاربرد های آلیاژگران تر، بیشتر می باشد. چون هم پایدار ترو هم عملکرد ترمومکانیکی است.

ساختار های کریستالوگرافی آلیاژهای هوشمند

آلیاژهای هوشمند دارای دو ساختار کریستالوگرافی در دماهای بالا و پایین می باشند. ساختار مارتنزیت در دمای پایین و ساختار آستنتیت در دمای بالا دیده می‌شود. زمانی که آلیاژ هوشمند در فاز مارتنزیت باشد، قابلیت تبدیل به اشکال مختلف را دارد. اما با افزایش حرارت و ورود به فاز آستنیت باشد، آلیاژ شکل قبلی خود را حافظه می سپارد.

نحوه تولید آلیاژ های هوشمند

آلیاژهای هوشمند از طریق ریخته‌گری و به کمک ذوب قوس خلأ یا ذوب القایی تولید می گردند. در روش ریخته گری، آلیاژهای خافظه دار تولید شده از ناخالصی‌ های کمی برخوردارند. شمش به دست آمده را از سمت مقطع بزرگ‌، نورد کرده و آن را به سیم تبدیل می کنند.

در ادامه آلیاژ حافظه دار، آموزش داده می شود تا بتواند هنگام اعمال حرارت، به شکل حافظه‌اش تبدیل شود. روش های مختلفی بسته به ویژگی های مد نظر برای این کار وجود دارد. آموزش دادن آالیاژ به کمک حرارت صورت می گیرد. این دما از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است و نباید به میزانی باشد که تبلور مجدد را به دنبال داشته باشد. معمولاً دمای مذکور در بازه چهارصد تا پانصد درجه سانتی گراد انتخاب می شود و مدت زمان آن به سی دقیقه می رسد. پس از آن می بایست خیلی سریع، توسط آب یا هوا سرد شود.

انواع آلیاژهای هوشمند

آلیاژهای هوشمند بر اساس نوع محرکشان به سه دسته کلی تقسیم می شوند: آلیاژ هوشمند شکلی، سوپرالاستیک و مغناطیسی.

نوع شکلی این آلیاژها، تحت یک دمای خاص، آموزش دیده و زمانی که دما به این دما تغییر کند، شکل اولیه خود را به دست می آورد. این آلیاژها خود شامل دو نوع یک طرف و دو طرفه  می باشند. آلیاژهای یک طرفه فقط می تواند در فاز آستنتیت، شکل خود را به خاطر بسپارد. اما نوع دو طرفه در هر دو فاز آستنتیت و مارتنزیت این توانایی را دارد. اگر تنش های مختلف به آلیاژ حافظه ای سوپرالاستیک، وارد شود، بعد از اینکه بار از روی آن برداشته شود، مجدداً به حالت اولیه خود برمی گردد. آلیاژ حافظه دار مغناطیسی هم در میدان مغناطیسی تغییر شکل می دهند.

آلیاژهای حافظه دار چه ویژگی هایی دارند؟

یکی از ویژگی های بارز آلیاژهای هوشمند، داشتن استحکام تسلیم پایین‌تر در مقایسه با سایر فولادها است.اما در مقایسه با پلاستیک و آلومینیم این طور نیست. آلیاژهای نیکل-تیتانیم تنش تسلیم پانصد مگاپاسکال دارد. یکی دیگر از ویژگی های این آلیاژهای جذاب، طراحی سخت و هزینه بالای آنها می باشد. ماکزیمم مقدار کرنش آنها بیش از هشت درصد است اما برای سایر فولاد ها نیم درصد است.  

کاربرد آلیاژهای هوشمند

یکی از مهم ترین کاربردهای آلیاژهای هوشمند، صنعت رباتیک، فضاپیما و خودروسازی می باشد. در برخی کارهای عمرنی نیز قابلیت های خود را نشان می دهند. به عنوان مثال در ساخت پل ها مورد استفاده قرار می گیرند. در ساختمان سازی هم از آلیاژهای حافظه دار بهره می گیرند.

آلیاژ حافظه دار می تواند به منظور تقویت کننده‌ سیمان به کار گرفته شود. در سیستم‌های هیدرولیک وپنوماتیک نیز کاربرد دارند.  جهت تولید اتصالات هرمتیک در لوله‌های هم قابل استفاده هستند. علم پزشکی نیز بهره زیادی از این آلیاژهای هوشمند می برد. از جمله جراحی های ارتوپدی، ساخت فریو عینک و آندوسکوپی