आकार स्मृति मिश्र धातु का विकास इतिहास

आकार स्मृति मिश्र धातु उत्कृष्ट गुणों के साथ एक प्रकार की आकार स्मृति सामग्री है। जब यह बाहरी बल या चुंबकीय परिवर्तन से प्रभावित होता है, तो यह अपनी पिछली स्थिति को बनाए रख सकता है, जिसे आकार स्मृति प्रभाव कहा जाता है। इन सामग्रियों का अनुप्रयोग बहुत सरल है, जिसमें बाहरी बल लगाकर सामग्री को विकृत करना आसान होता है। जब उन्हें बाहरी या आंतरिक हीटिंग द्वारा एक निश्चित तापमान पर गर्म किया जाता है, तो वे सिकुड़ जाते हैं या अपने मूल आकार में वापस आ जाते हैं। 1932 में, स्वीडिश भौतिकविदों ने पहली बार एयू सीडी मिश्र धातु में इस आकृति स्मृति प्रभाव की खोज की। 1938 तक, ग्रेनिंगर और मूराडियन ने पहली बार Cu Zn और Cu Sn मिश्र धातुओं में इस आकार स्मृति प्रभाव को देखा। 1969 तक, SMA को पहली बार व्यावसायिक रूप से सफलतापूर्वक लागू किया गया था। Raychem कंपनी ने संयुक्त राज्य अमेरिका में F14 फाइटर के ऑयल प्रेशर सिस्टम के लिए पाइप जॉइंट के रूप में NiTi मिश्र धातु को सफलतापूर्वक लागू किया, और ऑयल प्रेशर सिस्टम का अच्छा सीलिंग प्रदर्शन हासिल किया।

मेमोरी मेटल को आकार देने का विस्तृत परिचय 2

आकार स्मृति प्रभाव

आकार स्मृति मिश्र धातु का आकार स्मृति प्रभाव अनिवार्य रूप से मिश्र धातु में मार्टेंसिटिक परिवर्तन से संबंधित है। आकार स्मृति मिश्र धातु उच्च तापमान पर ऑस्टेनाइट के रूप में और कम तापमान पर मार्टेंसाइट के रूप में मौजूद है। जब एसएमए को गर्म किया जाता है, तो यह मार्टेंसिटिक चरण से ऑस्टेनिटिक चरण में बदलना शुरू कर देता है। जैसा है

इसे उस तापमान के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस पर ऑस्टेनिटिक परिवर्तन शुरू होता है, और एएफ उस तापमान के रूप में होता है जिस पर ऑस्टेनिटिक परिवर्तन समाप्त होता है। जब एसएमए को तापमान के रूप में ऊपर गर्म किया जाता है, तो मार्टेंसिटिक चरण धीरे-धीरे वापस ऑस्टेनाइट चरण में बदल जाएगा और उच्च तापमान पर मूल आकार में वापस आ जाएगा, जिसे उच्च भार स्थितियों के तहत भी किया जा सकता है। शीतलन प्रक्रिया में, ऑस्टेनाइट से मार्टेंसाइट तक के शुरुआती तापमान को एमएस के रूप में परिभाषित किया जाता है, और मार्टेंसाइट परिवर्तन के अंत में तापमान को एमएफ के रूप में परिभाषित किया जाता है। जिस तापमान पर मार्टेंसिटिक परिवर्तन अब तनाव से प्रेरित नहीं है, उसे एमडी के रूप में परिभाषित किया गया है। इस तापमान से ऊपर, एसएमए बाहरी बल की कार्रवाई के तहत विकृत हो जाता है, और उतारने के तुरंत बाद अपने मूल आकार में वापस आ जाता है। आकार स्मृति मिश्र धातुओं में तीन अलग-अलग प्रकार के स्मृति प्रभाव होते हैं (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है), जो इस प्रकार हैं:

एक तरह से स्मृति प्रभाव। जब तापमान कम हो जाता है, तो मिश्र धातु विकृत हो जाएगी, और फिर तापमान में वृद्धि करके विरूपण से पहले राज्य में वापस आ जाएगी, यानी हीटिंग प्रक्रिया में आकार स्मृति प्रभाव होता है;

② दो तरह से स्मृति प्रभाव। जब मिश्र धातु गर्म करने के दौरान उच्च तापमान पर राज्य में वापस आती है, और तापमान कम होने पर कम तापमान पर आकार में लौट आती है। क्योंकि दो-तरफा स्मृति प्रभाव केवल उचित "प्रशिक्षण" प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है और उच्च तापमान पर तनाव बहुत कम हो जाएगा, इसलिए इसका कम व्यावसायिक अनुप्रयोग है। हीट फोर्स साइकलिंग टू-वे शेप मेमोरी इफेक्ट को महसूस करने के लिए एक तरह का "ट्रेनिंग" तरीका है। यह ऑस्टेनाइट और विशिष्ट मार्टेंसाइट वेरिएंट के बीच साइकिल चलाकर "प्रशिक्षण" के उद्देश्य को प्राप्त करता है;

पूरी प्रक्रिया स्मृति प्रभाव। यह उस स्थिति को संदर्भित करता है जब मिश्र धातु हीटिंग प्रक्रिया के दौरान उच्च तापमान पर ठीक हो जाती है। जब तापमान को कम तापमान पर कम कर दिया जाता है, तो उच्च तापमान में परिवर्तन होने पर आकार विपरीत आकार में बदल जाता है।

मेमोरी मेटल को आकार देने का विस्तृत परिचय 3

आकार स्मृति प्रभाव एक गैर प्रसार ठोस चरण मार्टेंसिटिक परिवर्तन है। इसके अलावा, आकृति स्मृति से संबंधित अन्य चरण परिवर्तन प्रक्रियाएं हैं, जैसे कि आर-चरण परिवर्तन, जो आम तौर पर एक मध्यवर्ती चरण परिवर्तन में ऑस्टेनाइट से मार्टेंसाइट तक होता है। मार्टेंसाइट के रिवर्स ट्रांसफॉर्मेशन में थर्मल हिस्टैरिसीस होता है, जो हीटिंग और कूलिंग (यानी टी = एएफ-एमएस) के बीच तापमान अंतर को मापने के लिए एक इंडेक्स है। यह थर्मल हिस्टैरिसीस संपत्ति बहुत महत्वपूर्ण है, और एसएमए सामग्री के थर्मल हिस्टैरिसीस को लक्ष्य प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग की प्रक्रिया में सावधानी से विचार करने की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, फास्ट ड्राइव एप्लिकेशन के लिए, छोटे थर्मल हिस्टैरिसीस की आवश्यकता होती है, जबकि पाइपलाइन कनेक्शन के लिए, बड़ा थर्मल हिस्टैरिसीस यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि पूर्वनिर्धारित आकार एक बड़े तापमान रेंज में बना रहे। चरण संक्रमण से पहले और बाद में कुछ एसएमए के भौतिक और यांत्रिक गुण (थर्मल चालकता, थर्मल विस्तार गुणांक, प्रतिरोधकता, यंग मापांक, आदि) भी भिन्न होते हैं। ऑस्टेनाइट चरण संरचना अपेक्षाकृत कठिन है और इसमें यंग का मापांक अधिक है, जबकि मार्टेंसाइट संरचना नरम और अधिक निंदनीय है, अर्थात बाहरी बल लगाने से इसे आसानी से विकृत किया जा सकता है।

मेमोरी मेटल को आकार देने का विस्तृत परिचय 4

आकार स्मृति मिश्र धातु सामग्री का परिचय

NiTi शेप मेमोरी एलॉय का व्यापक रूप से बायोमेडिकल क्षेत्रों जैसे अलॉय स्टेंट, मिनिमली इनवेसिव मेडिकल डिवाइसेस, ऑर्थोपेडिक सर्जरी, ब्रेन सर्जरी और स्टामाटोलॉजी में इसकी उत्कृष्ट बायोकम्पैटिबिलिटी और मैकेनिकल गुणों के कारण व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।

मेमोरी मेटल को आकार देने का विस्तृत परिचय 5

हालांकि, एसएमए की स्पष्ट सीमाओं या कमियों के कारण, जैसे कि उच्च विनिर्माण लागत, सीमित वसूली योग्य विरूपण और सेवा तापमान, अन्य प्रकार की आकार स्मृति सामग्री का पता लगाया जा रहा है।

उच्च तापमान आकार स्मृति मिश्र धातु

उच्च तापमान आकार स्मृति मिश्र धातु के सेवा तापमान के लिए उच्च और उच्च आवश्यकताओं के कारण, कई शोधकर्ताओं ने NiTi मिश्र धातु में तीसरे तत्व मिश्र धातु को जोड़कर आकार स्मृति मिश्र धातु के सेवा तापमान में वृद्धि की है। वास्तव में, उच्च तापमान आकार स्मृति मिश्र धातु को आकार स्मृति मिश्र धातु के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसका उपयोग 100 ℃ से ऊपर किया जा सकता है, लेकिन बड़े होने के कारण

अधिकांश उच्च तापमान आकार मेमोरी मिश्र कमरे के तापमान पर खराब लचीलापन और थकान प्रतिरोध दिखाते हैं, इसलिए इसे संसाधित करना और "ट्रेन" करना मुश्किल है, इसलिए उन्हें बनाने की लागत बहुत महंगी है। लौहचुंबकीय आकार स्मृति मिश्र धातु

पारंपरिक तापमान नियंत्रित आकार मेमोरी मिश्र धातु की तुलना में, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी मिश्र धातु में बड़ा आउटपुट स्ट्रेन और उच्च प्रतिक्रिया आवृत्ति होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ऊर्जा सेवा प्रक्रिया के दौरान चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से फैलती है और मिश्र धातु सामग्री की तापीय चालकता और गर्मी अपव्यय की स्थिति से प्रभावित नहीं होती है। इसका आकार स्मृति प्रभाव बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से जुड़वा बच्चों को उत्तेजित करना है

मार्टेंसिटिक वेरिएंट के बीच पसंदीदा पुनर्रचना के परिणामस्वरूप मिश्र धातु का मैक्रो आकार विरूपण होता है। फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी एलॉय न केवल पारंपरिक मेमोरी एलॉय के समान विशिष्ट शक्ति प्रदान कर सकता है, बल्कि उच्च आवृत्ति पर संचारित भी कर सकता है। हालांकि, सामान्य तौर पर, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी एलॉय को एप्लिकेशन प्रक्रिया में पारंपरिक मेमोरी एलॉय के साथ समान डिजाइन समस्याओं का सामना करना पड़ेगा। इसके अलावा, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी मिश्र धातु की कठोरता बहुत बड़ी और भंगुर होती है, इसलिए इसे केवल कम तापमान पर संसाधित और संचालित किया जा सकता है। इसलिए, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी एलॉय को आकार देना और आकार देना मुश्किल है, और यह वर्तमान में उच्च तापमान और उच्च शक्ति वाले वातावरण के लिए उपयुक्त नहीं है। इसलिए, सामग्री के प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए मौजूदा फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी अलॉय का और अध्ययन करना अभी भी आवश्यक है।

लौहचुंबकीय आकार स्मृति मिश्र धातु

पारंपरिक तापमान नियंत्रित आकार मेमोरी मिश्र धातु की तुलना में, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी मिश्र धातु में बड़ा आउटपुट स्ट्रेन और उच्च प्रतिक्रिया आवृत्ति होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ऊर्जा सेवा प्रक्रिया के दौरान चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से फैलती है और मिश्र धातु सामग्री की तापीय चालकता और गर्मी अपव्यय की स्थिति से प्रभावित नहीं होती है। इसका आकार स्मृति प्रभाव बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से जुड़वां मार्टेंसाइट रूपों के बीच पसंदीदा पुनर्रचना को प्रोत्साहित करना है मिश्र धातु का मैक्रो आकार विरूपण होता है। फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी एलॉय न केवल पारंपरिक मेमोरी एलॉय के समान विशिष्ट शक्ति प्रदान कर सकता है, बल्कि उच्च आवृत्ति पर संचारित भी कर सकता है। हालांकि, सामान्य तौर पर, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी एलॉय को एप्लिकेशन प्रक्रिया में पारंपरिक मेमोरी एलॉय के साथ समान डिजाइन समस्याओं का सामना करना पड़ेगा। इसके अलावा, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी मिश्र धातु की कठोरता बहुत बड़ी और भंगुर होती है, इसलिए इसे केवल कम तापमान पर संसाधित और संचालित किया जा सकता है। इसलिए, फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी एलॉय को आकार देना और आकार देना मुश्किल है, और यह वर्तमान में उच्च तापमान और उच्च शक्ति वाले वातावरण के लिए उपयुक्त नहीं है। इसलिए, सामग्री के प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए मौजूदा फेरोमैग्नेटिक शेप मेमोरी अलॉय का और अध्ययन करना अभी भी आवश्यक है।

आकार स्मृति फिल्म सामग्री

यांत्रिक प्रणालियों में आकार स्मृति मिश्र धातु सामग्री के आवेदन के कारण, विशेष रूप से सूक्ष्म एक्चुएटर्स में, आकार स्मृति मिश्र धातु फिल्मों का व्यापक अध्ययन किया गया है। आकार स्मृति पतली फिल्म सामग्री आमतौर पर माइक्रो एक्ट्यूएटर बनने के लिए स्वतंत्र पतली फिल्मों के रूप में उपयोग की जाती है। एमईएमएस के तेजी से विकास में, सूक्ष्म स्तर पर NiTi पतली फिल्म पहली पसंद बन गई है

एक्चुएटर, अपने उत्कृष्ट आकार मेमोरी प्रदर्शन और उच्च आवृत्ति के कारण, अभी भी एक बड़ी आउटपुट पावर बनाए रख सकता है। यह उम्मीद की जाती है कि स्पटर वाली NiTi फिल्मों पर आधारित सूक्ष्म NiTi ड्राइवर वाणिज्यिक बाजार के एक बड़े हिस्से पर कब्जा कर लेंगे, विशेष रूप से चिकित्सा सूक्ष्म उपकरणों और प्रत्यारोपण योग्य अनुप्रयोगों के लिए। हालांकि, 100 ℃ से अधिक परिवेश के तापमान वाले कुछ क्षेत्रों में आकार स्मृति पतली फिल्म सामग्री का उपयोग सीमित है, जैसे ऑटोमोबाइल इंजन, फायर अलार्म और विमानन टरबाइन, इसलिए हाल के वर्षों में, उच्च तापमान आकार स्मृति पतली फिल्म सामग्री पर शोध के साथ चरण परिवर्तन तापमान 100 ℃ से अधिक बढ़ा दिया गया है।

आकार स्मृति मिश्र धातु के विकास की प्रवृत्ति

(1) नए विकसित करने या मौजूदा आकार स्मृति सामग्री में सुधार करने के लिए, उदाहरण के लिए, आकार स्मृति मिश्र धातु प्रणाली में उपयुक्त तीसरे मिश्र धातु तत्वों को जोड़ने के लिए, इसके मार्टेंसिटिक परिवर्तन में सुधार, और सूक्ष्म स्तर पर इसकी परिवर्तन प्रक्रिया का ठीक नियंत्रण प्राप्त करना।

(2) विशेष क्षेत्र अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उत्कृष्ट कार्यात्मक गुणों के साथ आकार स्मृति मिश्र धातु को अच्छी संरचनात्मक गुणों के साथ अन्य सामग्रियों के साथ जोड़ा जा सकता है।

(3) व्यावसायिक अनुप्रयोग की मांग को पूरा करने के लिए, हमें इसके व्यावसायिक अनुप्रयोग को बढ़ाना चाहिए और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए तैयारी पद्धति में सुधार करना चाहिए।