آلیاژهای حافظه دار

[Mohammad Aref 120,438]

آلیاژهای فلزی را بشناسیم

برای اینکه با این دسته از مواد آشنا شویم باید ابتدا آلیاژها را بهتر بشناسیم.

 

مقدمه

یکی از انواع موادی که از دیر باز استفاده شده است فلزاتند.

• فلزات عموماً دماهای جوش بالا دارند،
  
• دمای ذوب بالایی دارند،
  
• چکش خوارند،
  
• قابل کشش هستند،
  
• سخت هستند،
  
• رساناهای خوبی برای الکتریسیته اندو معمولاً چگالی بالایی دارند.
  

 

اتم فلزات متشکل از 1، 2 یا 3 الکترون در لایه ظرفیت خود است. اتم فلز شامل یک هسته متشکل از پروتون با بار مثبت و نوترون بدون بار است، به تعداد پروتون ها، در اطراف هسته الکترون حضور دارد. این الکترونها در لایه هایی به دور هسته میچرخند. اگر در دورترین لایه از هسته (لایه ظرفیت)، تعداد الکترونها 1، 2 یا 3 باشد عنصر فلز است. اتمهای فلزی در لایه های منظمی کنار یکدیگر قرار گرفته اند و با جاذبه شدیدی که یونهای فلزی به خاطر ابر الکترونی دارند، یکدیگر را نگهداشته اند. به همین خاطر دمای ذوب و جوش فلزات بالا است. وقتی نیرویی اعمال می شود. لایه های اتم به سرعت روی یکدیگر می لغزند و این همان علت شکل پذیری و کشش پذیری فلزات است. در کنار خصوصیات چکش خواری و کشش پذیری آنها رساناهای خوبی برای الکتریسیته هستند، چون ابر الکترونی آنها در حرکت است. فلزات چگالی(نسبت جرم به حجم) بالایی دارند. این به خاطر آن است که تعداد زیادی از یونها را میتوان در یک محدوده کوچک جا داد. حالا که فلزات و خواص آنها بررسی شد با آلیاژها آشنا می شویم. آهن و طلا و تیتانیوم و آلیاژهای آنها کاربردهای بسیار زیادی دارند.

آلیاژها مخلوطی از یک فلز و مواد انتخابی دیگر هستند.

آلیاژها چکش خواری کمتری دارند.

آلیاژها سخت تر هستند.

عموماً دمای ذوب آلیاژها کمتر است

محکمتر هستند

و خصوصیات رسانایی الکترونی آنها کاهش یافته است.

شکل زیر رفتار یک آلیاژ را در مقایسه با فلز نشان می دهد.

شکل1-رفتار یک آلیاژ در مقایسه با فلز

آلیاژ ترکیبی از یک فلز و عناصر دیگر است. اتمهای عناصر مختلف ابعاد متفاوتی دارند. اتمها عناصر مختلف ابعاد متفاوتی دارند. این اتمها نظم آرایش معمول فلزها را به هم می ریزند و ساختار شبکه فلزی را مخدوش می کنند و باعث جلوگیری از لغزش و همچنین کاهش چکش خواری و قابلیت کشش فلز می شوند . باعث کاهش درجه حرارت مذاب و جوش آلیاژ می شود. عبور الکترونها در فلز سخت تر می شود و رسانایی فلز را کاهش می دهد. آلیاژها مناسب استفاده در کارهایی هستند که در آنها باید فرسایش و آسیب فراوانی را طی زمان تحمل کنند. برای مثال آلیاژهای کربید تنگستن که به شدت محکم هستند و برای تیغه ابزارهای برش استفاده می شوند و پوشش های ضد خوردگی و ضد حرارت.

[Mohammad Aref 120,438]

آلیاژهای حافظه دار

 

 

همانطور که از نامشان پیداست آلیاژهایی هستند که می توانند بعد از فرایند وقتی در حرارت انتقال خود قرار گیرند، به شکل اولیه خود بازگردند یعنی شکل اولیه در حافظه آنها مانده است.

شکل2- تغییر شکل در اثر اعمال حرارت

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هستند که نه تنها در حرارت دهی و خنک شدن تغییر حالت می دهند بلکه خصوصیات ویژه یک حالت کم دما را که ظاهراً منجر به کشیدگی ظاهری می شود را دارند.

حرکت حرارتی این آلیاژها 100 بار بیشتر از فلزات است. فلز بین دو حالت تقسیم می شود. حالت دما بالا و حالت دما پایین. تغییر حالت بین حالت دما بالا و حالت دما پایین باعث انتقال بین یک ساختار مکعبی(آستنسیت) و یک ساختار دوگانه(مارتنزیت) می شود که در حالت کشیده مانند یک متوازی الاضلاع می شود

شکل3- اثر دما بر ساختار آستنیت

شکل4- تغییر ساختار آسنتیت به مارتنزیت و بازگشت به مارتنزیت

در نمودار خصوصات کششی آلیاژ حافظه دار در حالت دما پایین مانند یک فلز است. این در حالی است که در حالت دما بالا رفتار کششی آلیاژ به یک کش نزدیکتری است. رفتار الاستومری یا فوق کشسانی کش باعث می شود که کش پس از کشیده شدن یا ازدیاد طول زیاد به طول اولیه خود بازگردد. یکی از محبوبترین این آلیاژها نیتینول-آلیاژی از نیکل و تیتانیوم به مقدار تقریباً برابر-است. نیتینول(NiTi) معمولاً به شکل سیم در می آید. وقتی گرم می شود طول آن کم می شود ولی سطح مقطعش برای ثابت نگه داشتن ثابت حجمی افزایش می یابد. در دندان سازی از این آلیاژها استفاده می شود. نیتینول یک نیروی کم ثابت در دمای بدن اعمال می کند که برای صاف کردن دندانها به کار می رود بدون آنکه نیازی به محکم کردن مجدد سیمها باشد. کاربرد آلیاژهای حافظه دار در پزشکی و کمک به معلولان و کاربردهایی دیگر است. این نمونه ای از یک ماده بود که با تغییر در نانوساختار آن تغییرات در میکرو و ماکروساختار یا ظاهر آن مشاهده شد.

شکل5- استفاده از آلیاژ حافظه دار در عینک

نتیجه این بحث این است که آلیاژهای حافظه دار دو رفتار را در قبال کشیدگی(و به تعبیر دیگر تغییر شکل) و تغییر دما دارند. تنش نیرو بر واحد سطح است که عامل کشیدگی و تغییر شکل است.

 

شکل6- در دو حالت دمای بالا و دمای پایین جسم شکل اصلی خود را دارد. و حالت اعمال تنش تغییر شکل پیدا میکند.

[Mohammad Aref 120,438]

پلیمرهای حافظه دار

 

مواد حافظه داری از نوع پلیمری نیز وجود دارد که آنها را برای کارهای بیشتری مناسب می کند. محققان کاربردهای صنعتی زیادی برای این مواد حافظه دار متصور هستند. بدنه خودرو و کنترل روغن موتور خودرو، سنسورهای شیمیایی، ساخت و ساز و الکترونیک، کاربردهای فلز سازی، دندانسازی، اتصال اعضا و لوله ها داخل رگی، البسه و الیاف و نخ و ...

شکل7-لباسی که اتو لازم ندارد.

 

منبع: آموزش نانو