Menurut kebijaksanaan konvensional, logam adalah bahan yang paling tahan lama dan tahan. Namun, ada paduan yang dapat memulihkan bentuknya setelah deformasi tanpa menerapkan beban eksternal. Mereka juga dicirikan oleh sifat fisik dan mekanik unik lainnya yang membedakannya dari bahan struktural.
Inti dari fenomena
Efek memori bentuk paduan adalah bahwa logam pra-deformasi secara spontan pulih sebagai akibat dari pemanasan atau hanya setelah pembongkaran. Sifat-sifat yang tidak biasa ini telah diperhatikan oleh para ilmuwan pada awal tahun 1950-an. abad ke-20 Bahkan kemudian, fenomena ini dikaitkan dengan transformasi martensit dalam kisi kristal, di mana ada pergerakan atom yang teratur.
Bahan memori bentuk Martensit bersifat termoelastik. Struktur ini terdiri dari kristal-kristal dalam bentuk pelat tipis, yang membentang di lapisan luar, dan dikompresi di bagian dalam. "Pembawa" deformasi adalah batas interfase, kembaran dan antar kristal. Setelah memanaskan yang cacatpaduan, tekanan internal muncul, mencoba mengembalikan logam ke bentuk aslinya.
Sifat pemulihan spontan tergantung pada mekanisme paparan sebelumnya dan kondisi suhu di mana ia berlangsung. Yang paling menarik adalah siklus berganda, yang dapat mencapai beberapa juta deformasi.
Logam dan paduan dengan efek memori bentuk memiliki sifat unik lainnya - ketergantungan non-linier dari karakteristik fisik dan mekanik material pada suhu.
Varietas
Proses di atas dapat mengambil beberapa bentuk:
- superplastisitas (superelastisitas), di mana struktur kristal logam dapat menahan deformasi yang secara signifikan melebihi kekuatan luluh dalam keadaan normal;
- memori bentuk tunggal dan reversibel (dalam kasus terakhir, efeknya berulang kali direproduksi selama siklus termal);
- keuletan transformasi maju dan mundur (akumulasi regangan selama pendinginan dan pemanasan, masing-masing, ketika melewati transformasi martensit);
- memori yang dapat dibalik: ketika dipanaskan, satu deformasi pertama dipulihkan, dan kemudian, dengan peningkatan suhu lebih lanjut, yang lain;
- transformasi berorientasi (akumulasi deformasi setelah pemindahan beban);
- pseudoelastisitas - pemulihan deformasi inelastis dari nilai elastis dalam kisaran 1-30%.
Kembali ke keadaan semula untuk logam dengan efekmemori bentuk bisa sangat kuat sehingga tidak dapat ditekan oleh gaya yang mendekati kekuatan tarik.
Bahan
Di antara paduan dengan sifat seperti itu, yang paling umum adalah titanium-nikel (49–57% Ni dan 38–50% Ti). Performa mereka bagus:
- kekuatan tinggi dan ketahanan korosi;
- faktor pemulihan yang signifikan;
- nilai tegangan internal yang besar saat kembali ke keadaan awal (hingga 800 MPa);
- kompatibilitas yang baik dengan struktur biologis;
- penyerapan getaran yang efektif.
Selain titanium nikelida (atau nitinol), paduan lain juga digunakan:
- dua komponen - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- tiga komponen - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si dan lainnya.
Aditif paduan dapat sangat mengubah suhu transformasi martensit, mempengaruhi sifat reduksi.
Penggunaan industri
Penerapan efek memori bentuk memungkinkan pemecahan banyak masalah teknis:
- pembuatan rakitan pipa rapat yang mirip dengan metode pembakaran (sambungan bergelang, klip dan sambungan pengencang sendiri);
- Pembuatan alat penjepit, gripper, penekan;
- desain"pegas super" dan akumulator energi mekanik, motor stepper;
- membuat sambungan dari bahan yang berbeda (logam-nonlogam) atau di tempat yang sulit dijangkau saat pengelasan atau penyolderan menjadi tidak mungkin;
- produksi elemen daya yang dapat digunakan kembali;
- penyegelan casing sirkuit mikro, soket untuk koneksinya;
- produksi pengontrol suhu dan sensor di berbagai perangkat (alarm kebakaran, sekering, katup mesin panas, dan lainnya).
Pembuatan perangkat semacam itu untuk industri luar angkasa (antena swadaya dan panel surya, perangkat teleskopik, alat untuk pekerjaan pemasangan di luar angkasa, penggerak untuk mekanisme putar - kemudi, daun jendela, palka, manipulator) memiliki prospek yang bagus. Keuntungannya adalah tidak adanya beban impuls yang mengganggu posisi spasial dalam ruang.
Penerapan paduan memori bentuk dalam kedokteran
Dalam ilmu bahan medis, logam dengan sifat ini digunakan untuk membuat perangkat teknologi seperti:
- motor stepper untuk meregangkan tulang, meluruskan tulang belakang;
- filter pengganti darah;
- perangkat untuk memperbaiki patah tulang;
- peralatan ortopedi;
- klem untuk vena dan arteri;
- bagian pompa untuk jantung atau ginjal buatan;
- stent dan endoprostheses untuk implantasi di pembuluh darah;
- kabel ortodontik untuk mengoreksi gigi geligi.
Kekurangan dan prospek
Meskipun potensinya besar, paduan memori bentuk memiliki kelemahan yang membatasi adopsi secara luas:
- komponen kimia mahal;
- teknologi manufaktur yang rumit, kebutuhan untuk menggunakan peralatan vakum (untuk menghindari masuknya kotoran nitrogen dan oksigen);
- ketidakstabilan fase;
- kemampuan pengerjaan logam yang rendah;
- kesulitan dalam memodelkan perilaku struktur dan paduan manufaktur secara akurat dengan karakteristik yang diinginkan;
- penuaan, kelelahan dan degradasi paduan.
Arah yang menjanjikan dalam pengembangan bidang teknologi ini adalah pembuatan pelapis dari logam dengan efek memori bentuk, serta pembuatan paduan semacam itu berdasarkan besi. Struktur komposit akan memungkinkan penggabungan sifat dari dua atau lebih bahan dalam satu solusi teknis.
