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.

مقدمة مفصلة لشكل معدن الذاكرة 2

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 Two way memory effect. When the alloy returns to the state at high temperature during heating, and returns to the shape at low temperature when the temperature is reduced. Because the two-way memory effect can only be obtained through proper “training” process and the strain at high temperature will be greatly reduced, so it has less commercial application. Heat force cycling is a kind of “training” method to realize the two-way shape memory effect. It achieves the purpose of “training” by cycling between austenite and specific martensite variants;

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.

مقدمة مفصلة لشكل معدن الذاكرة 3

The shape memory effect is a non diffusion solid phase martensitic transformation. In addition, there are other phase transformation processes related to shape memory, such as R-phase transformation, which generally occurs in an intermediate phase transformation from austenite to martensite. There is thermal hysteresis in the reverse transformation of martensite, which is an index to measure the temperature difference between heating and cooling (i.e. Δ t = af-ms). This thermal hysteresis property is very important, and the thermal hysteresis of SMA material needs to be considered carefully in the process of target technology application, for example, for fast drive application, smaller thermal hysteresis is needed, while for pipeline connection, larger thermal hysteresis is needed to ensure that the predefined shape is maintained in a larger temperature range. The physical and mechanical properties (thermal conductivity, thermal expansion coefficient, resistivity, Young’s modulus, etc.) of some SMA before and after phase transition are also different. Austenite phase structure is relatively hard and has higher Young’s modulus, while martensite structure is softer and more malleable, that is, it can be easily deformed by applying external force.

مقدمة مفصلة لشكل معدن الذاكرة 4

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.

مقدمة مفصلة لشكل معدن الذاكرة 5

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

Most high temperature shape memory alloys show poor ductility and fatigue resistance at room temperature, so it is difficult to process and “train”, so the cost of manufacturing them is very expensive. Ferromagnetic shape memory alloy

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.