no-img
پروژه 98

مقاله تخصصی آلیاژهای حافظه دار - پروژه 98


پروژه 98
اطلاعیه های سایت

گزارش خرابی لینک
اطلاعات را وارد کنید .

ادامه مطلب

DOC
مقاله تخصصی آلیاژهای حافظه دار
doc
فروردین 9, 1400
3 مگابایت
تعداد صفحه:71
۳,۰۰۰ تومان
۳,۰۰۰ تومان – خرید

مقاله تخصصی آلیاژهای حافظه دار


مقاله تخصصی آلیاژهای حافظه دار

 

–   مقدمه و تاریخچه

آلیاژهای حافظه دار موادی بسیار جالب با مشخصات حفظ شکل و سوپرالاستیسیته هستند که فلزات و آلیاژهای معمولی این خاصیت را ندارند . خواص متمایز و برتری آن ها نسبت به سایر آلیاژها عکس العمل شدید این مواد نسبت به برخی پارامترهای ترمودینامیکی و مکانیکی و قابلیت بازگشت به شکل اولیه در اثر اعمال پارامترهای مذکور است . وقتی یک آلیاژ معمولی تحت بار خارجی بیش از حد الاستیک قرار میگیرد تغییر شکل میدهد . این نوع تغییر شکل بعد از حذف بار باقی می ماند . آلیاژ حافظه دار  منجمله نایتینول  رفتار متفاوتی از خود ارائه مینماید . در دمای پایین یک نمونه حافظه دار می تواند تغییر شکل پلاستیک چند درصدی را تحمل کند و سپس به صورت کامل به شکل اولیه در دمای بالا برگردد . و این تنها با افزایش دمای نمونه ممکن است. این فرآینددربارهپدیدهحافظه داری شکل اولین بار در سال۱۹۳۲ توسط,Change Readمشاهد شدآنها وارون پذیری حافظه شکلی رادر AuCd ازطریق مطالات فلزشناسی وتغیرات مقاومت الیاژ بررسی کردند و  برای مدت زمان طولانی در حد کنجکاوی آزمایشگاهی باقی  ماند تا اینکه این در سال ۱۹۵۶ مشاهدات و تحقیقات مربوط به تز دکترای Horbojen در موضوع اثر حافظه دار  در آلیاژ CuZn منتشر شد و در سال ۱۹۶۳ کشف حافظه داری شکل در آلیاژ NiTi با درصد اتمی مساوی (۵۰-۵۰%) توسط Buhler و همکارانش  نظر دانشمندان ومحققین را جلب نمود. در این هنگام تحقیق درباره متالورژی و کاربرد های عملی اولیه آن به طور جدی آغاز شد. در سال ۱۹۶۷ درکنفرانس Buhler,Nol و همکارانش تحقیقات گسترده خود را بر روی Nitinol و کاربرد های تجاری فراوان در صنایع ارائه دادند.  از سال  ۱۹۸۰ Hawt,Micheal  با انتشار مقاله بر روی برنج ماده جدید حافظه دار دیگر را معرفی کردند و   بعد رفتار سوپرالاستیک مواد حافظه دار و بویژه نایتینول به منظور وسایل پزشکی و صنعتی توسعه یافت و کشف مزایای اساسی وعملی آن ها هر روز رو به افزایش است .

۲- پیش گفتار

انواع مواد هوشمند را برمبنای نوع تبدیل انرژی که صورت می گیرد طبقه بندی
می کنند :

  • الکترومکانیکی : مواد پیزوالکتریک، مواد الکترو استریکتیو، سیالات الکترور ژئولورژیکال
  • مکانیکی مغناطیسی : مواد مگنتو استریکتیو ، سیالات مگنتو ژئولورژیکال
  • مکانیکی نوری : فیبرهای نوری
  • مکانیکی – حرارتی : آلیاژهای حافظه دار

 

 

۳-آلیاژهای حافظه دار

به طور خلاصه  موادی هستند که هر گاه در دمای پایین در فاز مارتنزیتی خود دچار تغییر فرم مکانیکی گردند ، با افزایش دما شکل اولیه خود را باز می یابند ، نیروی که عامل این تغییرات است همان ساختار کریستالی و تبدیل مارتنزیتی می‌باشد .این مواد دارای محدوده مشخص دمای هستند که عبور از آن ها می تواند حافظه این مواد را از بین ببرد . از طرفی هنگامی که این مواد به عنوان محرک به کار می روند در دمای مشخص می توانند فعال شوند  و این خود مسئله مهمی برای طراحی می باشد . یا به عبارتی در پدیده حافظه داری، نمونه در حالت کاملاً مارتنزیتی به مقدار معینی تغییر فرم داده می شود سپس با گرم کردن نمونه و برگشت آن به حالت آستنیتی، شکل نمونه نیز به حالت اول خود بر گردد .

 

 

شکل (۱) سیکل حرارتی مکانیکی توصیف کننده پدیده حافظه داری شکلی

 

شکل(۱) چگونگی پدیده حافظه داری شکل را با تبدیل دو فاز آستنیت و مارتنزیت به یکدیگر نشان می دهد.

بررسی بر روی تغییر حالت متالورژیکی نمونه جامد ، تغییر آرایش اتم ها بدون هیچگونه تغییری در ترکیب شیمیایی فاز زمینه را نشان می دهد. این تغییر آرایش منجر به ایجاد ساختار کریستالی فاز جدید و پایدار می شود. پیشرفت تغییر حالت بدون نیاز به حرکت و جابجایی اتمها به صورت مجزا ، را می توان مستقل از زمان دانست و به همین دلیل می توان وابستگی دما را به عنوان تنها عامل پیشرفت این تغییر نشان داد.

 

 

 

 

 

 

 

(شکل-۲ ) شماتیک تغیر فرم آلیاژ حافظه دار

Af: دمای پایانی آستنیت   As: دمای شروع آستنیت

Mf: دمای پایانی مارتنزیت  Ms: دمای شروع مارتنزیت

 

 

۴- سوپر الاستیسیته

سوپرالاستیسیته نایتینول مواد مهم استراتژیک دامنه‌وسیعی از روش ها و طراحی هاست خصوصیت کلیدی  مواد سوپر الاستیک برای طراحان و کاربران حالت میانه بین پلیمرها و فلزات مرسوم است . استحکام فلزات و انعطاف پذیری پلاستیک یا «‌فوق فنر »‌ که از نظر کیفی سوپر الاستیسیته  نایتینول قابل توجه است . خصوصیات خیلی خوب این آلیاژ خواص مکانیکی و الکتریکی ، عمر  خستگی طولانی و همچنین مهمترین و مناسبت ترین خصوصیات سوپر الاستیک نایتینول به شرح زیر است .

 

 

 

 

 

(شکل- ۳ )شماتیک تغیر فرم  حرارتی سوپرالاسیتسیته درآلیاژ حافظه دار

Af: دمای پایانی آستنیت   As: دمای شروع آستنیت

Mf: دمای پایانی مارتنزیت  Ms: دمای شروع مارتنزیت

 

 

 

۵- مزایا مربوط با رفتار سوپر الاستیک آلیاژحافظه دارنایتینول :

  • تغییر شکل قابل بازیابی زیاد
  • خود را گرفتن دایمی پایین یا تغییر شکل باقیمانده
  • تنش و استحکام کشش نهایی زیاد ورقه های فلزی
  • دمای  بدنه با دامنه دمای سوپر الاستیک (  Ni-Ti50-80)
  • توانایی ذخیره انرژی پتانسیل بالا
  • مقاومت به خوردگی شبیه به فولادهای ضد زنگ، و آلیاژهای تیتانیوم
  • زیست سازگاری

سوپر الاستیسیته اجازه می دهد تا تغییر فرم های الاستیک بسیار زیاد ، وابسته به تغییرات کم تنش به وقوع بپیوندد .عامل مکانیزم بیش از ۵% کرنش بازیابی و
psi50000 تنش بازگردانی با چرخه های بالا را توانایی داد . برای مثال سیم های نایتینول به ابعاد in 020/0عمری برابر ۱۶ پوند می توانند داشته باشند . از آنجا که عامل حافظ‌شکل و سوپر الاستیسیته براساس عدم نفوذ و بدون تغییر فاز می باشد لذا
« تغییر حالت مارتنزیتی» نامیده می شود .اثر مکانیکی حافظه داری ( سوپرالاستیکی ) توسط تغییر شکل آستنیت در یک دامنه دمای معین متوقف می شود و یک استحاله تنش القایی فاز مارتنزیت را حاصل می کند آلیاژ نایتینول ماده ای هوشمند است زیرا با داشتن امکان تشخیص و قابلیت شکل بازگشت به شکل مشخص ، امکان اقدام خودکار در شرایط ضرروی را دارا می باشد . ساختار ماده در دمای پایین مارتنزیت و در دمای بالا آستنیتی است . نایتینول مارتنزیتی نرمی فوق العاده ، تنش تسلیم پایین و شکل پذیری قابل توجهی دارد . با تبدیل ساختار آلیاژ آستنیت در  اثر افزایش دما ، شکل قبلی آلیاژ بازیابی می شود . برای استحاله آستنیت به مارتنزیت یا بلعکس درجه حرارت شروع و پایان استحاله باید تعیین شود . مقدار این دما با توجه به نوع کاربرد مهم می‌باشد. ۵۰۰٫- ۷۰۰ جای است که ساختار کریستالی استنیت تغییر می کندو تغییر ساختاربه واسطه باندهای دوقلوی است که درفصل سوم بحث می شود.

تعدادی از مولفه ها بیانگر افزایش انعطاف پذیری برگشت پذیر به ۱۰% وتقریباً ۱۰ بار بیشتر از مقدار الاستیسیته فلزات رایج مواد فلزی است . مؤلفه سوپر الاستیک اینجا احتمالات جدید ، را باز می کند از زمانی که آنها با مقاطع عرضی کوچک وجود داشته باشند شکست زیاد و شکل پایدار دارند . استفاده اقتصادی این اثرات به خصوص در مکان های تکنولوژیکی – پزشکی وتکنیک میکروسیستم کنترل واندازه گیریهای خودکار الکترونیک و خودرو به علاوه به بالابردن توانایی های بدنه خوب است .

۶- معایب مربوط به رفتار سوپر الاستیک آلیاژ حافظه دار نایتینول:

آلیاژ نایتینول  علیرغم دارا بودن خواص مطلوبی مانند الاستیسیته بالا وتنش کششی نهایی بالا دارای محدودیت های از قبیل ، کم بودن مقاومت خستگی و سایشی می‌باشد که برخی محققین با اضافه کردن یون های نیتروژن و بور سعی کرده اند مقاومت به خستگی و سایشی آلیاژ نایتینول را اضافه کنند .همچنین مشکل شیب دمای وسیعی است که برای سوپر الاستیک و نایتینول  مشاهده می شود. و سوپر الاستیسیته بسیار عالی نایتینول قابل توجه است اما فقط برای کرنش های بالای  ۸ % است. منحنی تنش کرنش فرایند بار گذاری نایتینول را نشان می دهد که کرنش بازیابی در دسترس است. و افزایش بار گذاری با دمای مشخص است . سوپر الاستیک آلیاژ های نایتینول در رنج حرارتی  حدود ۵۰ درجه سانتیگراد بالا دمای آستنیت نهایی است.  به راحتی در دامنه (۱۵- )درجه سانتیگراد به (۱۰۰+) برای هم سوپر الاسیتیسته وهم حافظه شکلی کاربرد دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(شکل-۴ )شماتیک بار گزاری منحنی تنش – کرنش موثر حرارتی

 

 

 

 

 

 

 

 

‌۱- آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول :

اخیراً آلیاژهای حافظه دار متخلخل  نایتینول نظر بسیاری از محققین و مهندسین مواد را جلب کرده است . زیرا خواص عالی و کاربردی بهینه‌آن ها به ویژه در پزشکی است . ساختار حفره‌ای در آلیاژ های حافظه دار نایتینول  دانسیته آلیاژها را کاهش می دهد و بیش از آن ، مدول یانگ آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول می تواند بواسطه کنترل کردن خصوصیت حفره ها تنظیم شود .

روش متالورژی پودر فرایند اطمینان بخش‌تر برای بقیه‌آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول است. توسط زینتر کردن عناصر پودری نیکل و تیتانیم ، روش متالورژی پودر شامل تکنیک های مختلفی است شبیه زینتر کردن معمولی ( CS[1]) واکنش حرارت زیاد خود پیشرو (‌SHS[2]) و فشردن ایزواستاتیک گرم ( HIP[3])تاکنون تهیه خواص مکانیکی آلیاژهای حافظه دار متخلخل توسط این روش ها با رضایتمندی انجام نشده است . شکل حفره های آلیاژ متخلخل نایتینول توسط زینتر کردن معمولی زمانی که اندازه حفره ها کوچک باشد معمولاً بی قاعده  است . و در تکنیک فشردن ایزواستاتیک گرم آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول توزیع حفره ها آنیزوتروپیک و حفره های پیوسته بزرگی دارد بنابراین ساخت مواد نایتینول نوعاً ترد و سوپر الاستیسیته کمی را نشان می‌دهند  بنابراین توسعه روشی برای تولید آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول با توزیع مختلخل هموژن و ایزوتروپیک شکل حفره ها با قاعده و میزان اندازه حفره ها به علاوه خواص مکانیکی رضایتمند ضرورت دارد . تلاش زیاد جهت بهبود خواص مکانیکی و سوپر الاستیسیته آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول پیش از آن که بتوان آن ها را در کاربردهای پزشکی و مهندسی استفاده کرد انجام شده است  .نهایتاً گزارش شد که مواد سرامیکی متخلخل که توسط کپسول آزاد فشردن ایزواستاتیک گرم تهیه می شوند . دارای توزیع حفره های هموژن و شکل حفره ها با قاعده وتخلخل باز قابل کنترل دارد مواد تهیه شده توسط این روش خواص مکانیکی بهتر را نسبت به موادی که توسط روش های زینتر معمولی تهیه شده بودند نشان می دهند . در این مطالعات ریز ساختار رفتار استحاله مارتنزیت وخواص مکانیکی آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول که توسط کپسول آزاد فشردن  ایزو استاتیک گرم تهیه شده بودند بررسی و با آلیاژهای اصلی که توسط روش زینتر تهیه شده بودند مقایسه شدند .آلیاژها تحت شرایط مختلف گذشت زمان ‌بر طبق بالا بردن سوپر الاستیسیته در دمای اتاق توسط دمای استحاله مارتنزیت کنترل شدند.

  1. Conventional Sintering
  2. Self-propagating High temperature Synthesis
  3. Hot Isostatic Pressing
برچسب های مرتبط, , , , , , , , , ,
Post Format


موضوعات :
,

تصاویر پیش نمایش


مقاله تخصصی آلیاژهای حافظه دار-1

دیدگاه ها


دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *