ตามภูมิปัญญาดั้งเดิม โลหะเป็นวัสดุที่ทนทานและทนทานที่สุด อย่างไรก็ตาม มีโลหะผสมที่สามารถคืนรูปร่างหลังจากการเสียรูปโดยไม่ต้องใช้แรงภายนอก พวกเขายังมีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่ไม่เหมือนใครซึ่งแตกต่างจากวัสดุโครงสร้าง
แก่นของปรากฏการณ์
เอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างของโลหะผสมคือโลหะที่เสียรูปล่วงหน้าจะฟื้นตัวตามธรรมชาติอันเป็นผลมาจากความร้อนหรือหลังจากการขนถ่าย นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นคุณสมบัติที่ผิดปกติเหล่านี้ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1950 ศตวรรษที่ 20 ถึงอย่างนั้น ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติกในโครงผลึก ซึ่งในระหว่างนั้นก็มีการเคลื่อนที่ของอะตอมอย่างเป็นระเบียบ
มาร์เทนไซต์ในวัสดุหน่วยความจำรูปร่างเป็นเทอร์โมอีลาสติก โครงสร้างนี้ประกอบด้วยคริสตัลในรูปแบบของแผ่นบาง ๆ ซึ่งถูกยืดออกไปในชั้นนอกและบีบอัดในชั้นใน "พาหะ" ของการเสียรูปคือขอบเขตระหว่างเฟส แฝด และระหว่างผลึก หลังจากให้ความร้อนแก่การเสียรูปโลหะผสม ความเค้นภายในปรากฏขึ้น พยายามทำให้โลหะกลับเป็นรูปร่างเดิม
ธรรมชาติของการฟื้นตัวตามธรรมชาตินั้นขึ้นอยู่กับกลไกของการสัมผัสครั้งก่อนและสภาวะอุณหภูมิที่ดำเนินไป สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือวัฏจักรพหุคูณซึ่งสามารถทำให้เกิดการเสียรูปได้หลายล้านครั้ง
โลหะและโลหะผสมที่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างมีคุณสมบัติพิเศษอีกอย่างหนึ่ง - การพึ่งพาแบบไม่เชิงเส้นของลักษณะทางกายภาพและทางกลของวัสดุต่ออุณหภูมิ
พันธุ์
ขั้นตอนข้างต้นมีได้หลายรูปแบบ:
- superplasticity (superelasticity) ซึ่งโครงสร้างผลึกของโลหะสามารถทนต่อการเสียรูปที่เกินกำลังครากในสภาวะปกติได้อย่างมีนัยสำคัญ
- หน่วยความจำรูปทรงเดียวและย้อนกลับได้ (ในกรณีหลัง เอฟเฟกต์จะทำซ้ำซ้ำๆ ในระหว่างการหมุนเวียนความร้อน)
- ความเหนียวของการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าและย้อนกลับ (การสะสมของความเครียดระหว่างการทำความเย็นและการทำความร้อน ตามลำดับ เมื่อผ่านการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติก);
- หน่วยความจำแบบย้อนกลับได้: เมื่อถูกความร้อน ครั้งแรกจะเกิดการเสียรูป จากนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก อีกครั้ง
- เปลี่ยนแนว (การสะสมของการเปลี่ยนรูปหลังจากนำโหลดออก);
- pseudoelasticity - การฟื้นตัวของการเสียรูปที่ไม่ยืดหยุ่นจากค่าความยืดหยุ่นในช่วง 1-30%
คืนสภาพเดิมสำหรับโลหะพร้อมเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างอาจรุนแรงจนไม่สามารถกดทับด้วยแรงใกล้กับความต้านทานแรงดึงได้
วัสดุ
ในบรรดาโลหะผสมที่มีคุณสมบัติดังกล่าว ที่พบมากที่สุดคือไทเทเนียม-นิกเกิล (49–57% Ni และ 38–50% Ti) พวกเขามีผลงานที่ดี:
- มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อน
- ปัจจัยการฟื้นตัวที่สำคัญ
- ความเครียดภายในมีค่ามากเมื่อกลับสู่สถานะเริ่มต้น (สูงถึง 800 MPa);
- เข้ากันได้ดีกับโครงสร้างทางชีววิทยา
- การดูดซับแรงสั่นสะเทือนอย่างมีประสิทธิภาพ
นอกจากไททาเนียมนิกเคไลด์ (หรือนิทินอล) แล้ว โลหะผสมอื่นๆ ก็ใช้เช่นกัน:
- สององค์ประกอบ - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- สามองค์ประกอบ - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si และคนอื่นๆ
สารเจือปนสามารถเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงมาร์เทนซิติกได้อย่างมาก ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติการลดลง
ใช้ในอุตสาหกรรม
การใช้เอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างช่วยแก้ปัญหาทางเทคนิคมากมาย:
- การสร้างท่อให้แน่นแบบเดียวกับวิธีวูบวาบ (ข้อต่อแบบหน้าแปลน คลิปหนีบแน่น และข้อต่อ)
- การผลิตเครื่องมือหนีบ กริปเปอร์ ดัน
- ออกแบบ"ซูเปอร์สปริง" และการสะสมพลังงานกล สเต็ปเปอร์มอเตอร์
- สร้างข้อต่อจากวัสดุที่ไม่เหมือนกัน (โลหะ-อโลหะ) หรือในที่ที่เข้าถึงยากเมื่อไม่สามารถเชื่อมหรือบัดกรีได้
- การผลิตส่วนประกอบพลังงานที่ใช้ซ้ำได้;
- การปิดผนึกกล่องไมโครเซอร์กิต เต้ารับสำหรับการเชื่อมต่อ
- การผลิตตัวควบคุมอุณหภูมิและเซ็นเซอร์ในอุปกรณ์ต่างๆ (สัญญาณเตือนไฟไหม้ ฟิวส์ วาล์วทำความร้อน และอื่นๆ)
การสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวสำหรับอุตสาหกรรมอวกาศ (เสาอากาศแบบติดตั้งเองและแผงโซลาร์เซลล์, อุปกรณ์ส่องกล้องส่องทางไกล, เครื่องมือสำหรับงานติดตั้งในอวกาศ, ไดรฟ์สำหรับกลไกหมุน - หางเสือ, บานประตูหน้าต่าง, ฟัก, ตัวจัดการ) มีโอกาสที่ดี. ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือไม่มีแรงกระตุ้นที่รบกวนตำแหน่งเชิงพื้นที่ในอวกาศ
การใช้โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างในยา
ในวิทยาศาสตร์วัสดุทางการแพทย์ โลหะที่มีคุณสมบัติเหล่านี้ใช้ทำอุปกรณ์เทคโนโลยีเช่น:
- สเต็ปมอเตอร์สำหรับยืดกระดูก ยืดกระดูกสันหลัง
- กรองสารทดแทนเลือด;
- อุปกรณ์ซ่อมกระดูกหัก;
- เครื่องใช้เกี่ยวกับกระดูก;
- หนีบสำหรับเส้นเลือดและหลอดเลือด;
- เครื่องปั๊มหัวใจหรือไตเทียม;
- stents และ endoprostheses สำหรับการฝังในหลอดเลือด;
- ลวดจัดฟันสำหรับแก้ไขฟัน
ข้อเสียและโอกาส
ถึงแม้จะมีศักยภาพที่ดี แต่รูปร่างของหน่วยความจำอัลลอยด์ก็มีข้อเสียที่จำกัดการยอมรับอย่างกว้างขวาง:
- ส่วนประกอบทางเคมีราคาแพง;
- เทคโนโลยีการผลิตที่ซับซ้อน จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์สูญญากาศ (เพื่อหลีกเลี่ยงการรวมไนโตรเจนและออกซิเจนเจือปน);
- ความไม่เสถียรของเฟส;
- การแปรรูปโลหะต่ำ;
- ความยากในการสร้างแบบจำลองพฤติกรรมของโครงสร้างและโลหะผสมในการผลิตอย่างแม่นยำด้วยคุณสมบัติที่ต้องการ
- ความแก่ ความอ่อนล้า และการเสื่อมสภาพของโลหะผสม
ทิศทางที่สดใสในการพัฒนาเทคโนโลยีในด้านนี้คือการสร้างสารเคลือบจากโลหะที่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างตลอดจนการผลิตโลหะผสมดังกล่าวจากเหล็ก โครงสร้างคอมโพสิตจะช่วยให้รวมคุณสมบัติของวัสดุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปในโซลูชันทางเทคนิคเดียว