مقدمة مفصلة لشكل معدن الذاكرة

تاريخ تطور شكل سبائك الذاكرة

سبائك ذاكرة الشكل هي نوع من مواد ذاكرة الشكل ذات خصائص ممتازة. عندما يتأثر بالقوة الخارجية أو التغيير المغناطيسي ، يمكن أن يحافظ على حالته السابقة ، والتي تسمى تأثير ذاكرة الشكل. تطبيق هذه المواد بسيط للغاية ، حيث يسهل تشويه المواد عن طريق تطبيق قوة خارجية. عندما يتم تسخينها إلى درجة حرارة معينة عن طريق التسخين الخارجي أو الداخلي ، سوف تتقلص أو تعود إلى شكلها الأصلي. في عام 1932 ، اكتشف الفيزيائيون السويديون لأول مرة تأثير ذاكرة الشكل هذا في سبيكة Au CD. بحلول عام 1938 ، لاحظ greninger و mooradian لأول مرة تأثير ذاكرة الشكل هذا في سبائك Cu Zn و Cu Sn. حتى عام 1969 ، تم تطبيق SMA بنجاح تجاريًا لأول مرة. طبقت شركة Raychem بنجاح سبيكة NiTi كمفصل للأنبوب على نظام ضغط الزيت لمقاتل F14 في الولايات المتحدة ، وحققت أداء جيد في منع التسرب لنظام ضغط الزيت.

شكل تأثير الذاكرة

يرتبط تأثير ذاكرة الشكل لسبائك ذاكرة الشكل بشكل أساسي بالتحول المارتينيتي في السبائك. توجد سبيكة ذاكرة الشكل في شكل الأوستينيت عند درجة حرارة أعلى والمارتينايت عند درجة حرارة منخفضة. عندما يتم تسخين SMA ، فإنه يبدأ في التحول من المرحلة المارتنسية إلى المرحلة الأوستينية. كما هي

يتم تعريفه على أنه درجة الحرارة التي يبدأ عندها التحول الأوستيني ، و AF كدرجة الحرارة التي ينتهي عندها التحول الأوستنيتي. عندما يتم تسخين SMA أعلاه كدرجة حرارة ، فإن المرحلة المارتنسية ستتغير تدريجيًا مرة أخرى إلى مرحلة الأوستينيت وتعود إلى الشكل الأصلي عند درجة حرارة عالية ، والتي يمكن أيضًا إجراؤها في ظروف الحمل العالي. في عملية التبريد ، يتم تعريف درجة حرارة البداية من الأوستينيت إلى المارتينزيت على أنها MS ، ويتم تحديد درجة الحرارة في نهاية تحول المارتينزيت على أنها MF. يتم تعريف درجة الحرارة التي لم يعد يُسبب فيها التحويل المارتينيزي عن طريق الإجهاد على أنها MD. فوق درجة الحرارة هذه ، يشوه SMA تحت تأثير القوة الخارجية ، ويعود على الفور إلى شكله الأصلي بعد التفريغ. تحتوي سبائك ذاكرة الشكل على ثلاثة أنواع مختلفة من تأثيرات الذاكرة (كما هو موضح في الشكل 1) ، والتي تتميز على النحو التالي:

memory تأثير الذاكرة طريقة واحدة. عندما تنخفض درجة الحرارة ، ستتشوه السبيكة ، ثم تعود إلى الحالة قبل التشوه عن طريق زيادة درجة الحرارة ، أي أن هناك تأثير ذاكرة شكل في عملية التسخين ؛

② تأثير الذاكرة ثنائي الاتجاه. عندما تعود السبيكة إلى الحالة عند درجة حرارة عالية أثناء التسخين ، وتعود إلى الشكل عند درجة حرارة منخفضة عندما تنخفض درجة الحرارة. نظرًا لأنه لا يمكن الحصول على تأثير الذاكرة ثنائية الاتجاه إلا من خلال عملية "التدريب" المناسبة وسيتم تقليل الإجهاد عند درجة حرارة عالية إلى حد كبير ، وبالتالي يكون لها تطبيق تجاري أقل. يعد تدوير القوة الحرارية نوعًا من طريقة "التدريب" لتحقيق تأثير ذاكرة الشكل ثنائي الاتجاه. يحقق الغرض من "التدريب" من خلال ركوب الدراجات بين متغيرات الأوستينيت والمتغيرات المحددة مارتينسيت ؛

memory تأثير ذاكرة العملية بالكامل. يشير إلى الحالة عندما تتعافى السبائك إلى درجة حرارة عالية أثناء عملية التسخين. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة منخفضة ، يتغير الشكل إلى الشكل المعاكس عندما يتغير إلى درجة حرارة عالية.

تأثير ذاكرة الشكل هو تحول مارتينسيتي ذو مرحلة صلبة غير منتشر. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عمليات تحويل طور أخرى تتعلق بذاكرة الشكل ، مثل تحويل الطور R ، والذي يحدث عمومًا في تحول المرحلة المتوسطة من الأوستينيت إلى مارتينسيت. هناك تباطؤ حراري في التحول العكسي للمارتينسيت ، وهو مؤشر لقياس فرق درجة الحرارة بين التسخين والتبريد (أي Δ t = af-ms). تعد خاصية التباطؤ الحراري هذه مهمة للغاية ، ويجب مراعاة التباطؤ الحراري لمادة SMA بعناية في عملية تطبيق التكنولوجيا المستهدفة ، على سبيل المثال ، لتطبيق محرك سريع ، هناك حاجة إلى تباطؤ حراري أصغر ، بينما بالنسبة لتوصيل خطوط الأنابيب ، يكون التباطؤ الحراري أكبر ضروري لضمان الحفاظ على الشكل المحدد مسبقًا في نطاق درجة حرارة أكبر. تختلف أيضًا الخصائص الفيزيائية والميكانيكية (التوصيل الحراري ، معامل التمدد الحراري ، المقاومة ، معامل يونغ ، إلخ) لبعض SMA قبل وبعد انتقال المرحلة. هيكل طور الأوستينيت صعب نسبيًا وله معامل يونغ أعلى ، في حين أن هيكل مارتينسيت أكثر نعومة وأكثر مرونة ، أي أنه يمكن تشويهه بسهولة عن طريق تطبيق القوة الخارجية.

إدخال مواد سبائك ذاكرة الشكل

تم استخدام سبائك ذاكرة NiTi على نطاق واسع في المجالات الطبية الحيوية مثل دعامة السبائك ، والأجهزة الطبية الأقل بضعاً ، وجراحة العظام ، وجراحة الدماغ ، وطب الأسنان بسبب التوافق الحيوي الممتاز والخصائص الميكانيكية.

ومع ذلك ، نظرًا للقيود أو أوجه القصور الواضحة في SMA ، مثل تكلفة التصنيع المرتفعة والتشوه القابل للاسترداد المحدود ودرجة حرارة الخدمة ، يتم استكشاف أنواع أخرى من مواد ذاكرة الشكل.

ارتفاع درجة حرارة سبيكة شكل سبيكة

نظرًا لمتطلبات أعلى وأعلى لدرجة حرارة خدمة سبيكة ذاكرة الشكل ذات درجة الحرارة العالية ، فقد قام العديد من الباحثين بزيادة درجة حرارة خدمة سبيكة ذاكرة الشكل عن طريق إضافة سبيكة العنصر الثالث في سبيكة NiTi. في الواقع ، يتم تعريف سبائك الذاكرة ذات درجة الحرارة العالية على أنها سبائك ذاكرة الشكل التي يمكن استخدامها فوق 100 ℃ ، ولكن بسبب الحجم الكبير

تُظهر معظم سبائك الذاكرة ذات الأشكال عالية الحرارة ليونة ضعيفة ومقاومة للإجهاد في درجة حرارة الغرفة ، لذلك من الصعب معالجتها و "تدريبها" ، وبالتالي فإن تكلفة تصنيعها باهظة الثمن. سبيكة ذاكرة مغناطيسية الشكل

بالمقارنة مع سبيكة الذاكرة الشكلية التي يتم التحكم في درجة حرارتها التقليدية ، فإن سبائك ذاكرة الشكل المغناطيسية لديها إجهاد إخراج أكبر وتردد استجابة أعلى. وذلك لأن الطاقة تنتشر من خلال المجال المغناطيسي أثناء عملية الخدمة ولا تتأثر بالموصلية الحرارية وظروف تبديد الحرارة لمواد السبائك. تأثير ذاكرة الشكل هو إثارة التوائم من خلال المجال المغناطيسي الخارجي

تؤدي إعادة التوجيه المفضلة بين المتغيرات المارتنسية إلى تشوه الشكل الكلي للسبائك. سبائك الذاكرة المغناطيسية الشكل لا يمكنها فقط توفير نفس القوة المحددة مثل سبائك الذاكرة التقليدية ، ولكن أيضًا الإرسال على تردد أعلى. ومع ذلك ، بشكل عام ، ستواجه سبائك الذاكرة ذات الشكل المغنطيسي مشاكل تصميم مماثلة مع سبيكة الذاكرة التقليدية في عملية التطبيق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن صلابة سبائك الذاكرة ذات الشكل المغنطيسي كبيرة جدًا وهشة ، لذلك لا يمكن معالجتها وتشغيلها إلا في درجة حرارة منخفضة. لذلك ، من الصعب تشكيل وتشكيل سبائك الذاكرة ذات الشكل المغنطيسي ، وهي غير مناسبة لدرجة الحرارة العالية وبيئة القوة العالية في الوقت الحاضر. لذلك ، لا يزال من الضروري إجراء المزيد من الدراسة على سبائك الذاكرة ذات الشكل المغنطيسي الحالية من أجل تحسين أداء المواد.

سبائك الذاكرة المغناطيسية الشكل

بالمقارنة مع سبيكة الذاكرة الشكلية التي يتم التحكم في درجة حرارتها التقليدية ، فإن سبائك ذاكرة الشكل المغناطيسية لديها إجهاد إخراج أكبر وتردد استجابة أعلى. وذلك لأن الطاقة تنتشر من خلال المجال المغناطيسي أثناء عملية الخدمة ولا تتأثر بالموصلية الحرارية وظروف تبديد الحرارة لمواد السبائك. تأثير ذاكرة الشكل هو تحفيز إعادة التوجيه المفضلة بين متغيرات martensite التوأم من خلال المجال المغناطيسي الخارجي يحدث تشوه الشكل الكلي للسبائك. سبائك الذاكرة المغناطيسية الشكل لا يمكنها فقط توفير نفس القوة المحددة مثل سبائك الذاكرة التقليدية ، ولكن أيضًا الإرسال على تردد أعلى. ومع ذلك ، بشكل عام ، ستواجه سبائك الذاكرة ذات الشكل المغنطيسي مشاكل تصميم مماثلة مع سبيكة الذاكرة التقليدية في عملية التطبيق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن صلابة سبائك الذاكرة ذات الشكل المغنطيسي كبيرة جدًا وهشة ، لذلك لا يمكن معالجتها وتشغيلها إلا في درجة حرارة منخفضة. لذلك ، من الصعب تشكيل وتشكيل سبائك ذاكرة شكل مغناطيسية ، وهي غير مناسبة لدرجة الحرارة العالية وبيئة القوة العالية في الوقت الحاضر. لذلك ، لا يزال من الضروري إجراء المزيد من الدراسة على سبائك الذاكرة ذات الشكل المغنطيسي الحالية من أجل تحسين أداء المواد.

تشكيل مادة فيلم الذاكرة

نظرًا لتطبيق مواد سبائك ذاكرة الشكل في الأنظمة الميكانيكية ، خاصة في المشغلات الدقيقة ، فقد تمت دراسة أغشية سبائك ذاكرة الشكل على نطاق واسع. تُستخدم مواد الأغشية الرقيقة ذات الذاكرة الشكلية عمومًا كأغشية رقيقة مستقلة لتصبح مشغلات صغيرة. في التطور السريع لـ MEMS ، أصبح فيلم NiTi الرقيق هو الخيار الأول على المستوى الجزئي

لا يزال بإمكان المحرك ، نظرًا لأداء ذاكرة الشكل الممتاز والتردد العالي ، الحفاظ على طاقة خرج كبيرة. من المتوقع أن تحتل مشغلات NiTi الصغيرة القائمة على أغشية NiTi المبعثرة جزءًا كبيرًا من السوق التجاري ، خاصة للأجهزة الدقيقة الطبية والتطبيقات القابلة للزراعة. ومع ذلك ، فإن استخدام مواد الأغشية الرقيقة ذات الذاكرة الشكل في بعض المجالات مع درجة حرارة محيطة أعلى من 100 ℃ محدود ، مثل محرك السيارات وإنذار الحريق وتوربينات الطيران ، لذلك في السنوات الأخيرة ، كان البحث في مواد الأغشية الرقيقة ذات درجة الحرارة العالية مع تم زيادة درجة حرارة تغير الطور أعلى من 100 ℃.

اتجاه تطوير شكل سبائك الذاكرة

(1) تطوير مواد ذاكرة شكل جديدة جديدة أو تحسينها ، على سبيل المثال ، لإضافة عناصر سبيكة ثالثة مناسبة إلى نظام سبائك ذاكرة الشكل ، وتحسين تحولها المارتينيسي ، والتحكم الدقيق في عملية التحول الخاصة بها على المستوى الجزئي.

(2) سبائك الذاكرة الشكلية ذات الخصائص الوظيفية الممتازة يمكن أن تتفاقم مع مواد أخرى ذات خصائص هيكلية جيدة لتلبية متطلبات التطبيقات الميدانية الخاصة.

(3) من أجل تلبية الطلب على التطبيق التجاري ، يجب علينا زيادة تطبيقه التجاري وتحسين طريقة التحضير للإنتاج على نطاق واسع.