Materiały z pamięcią kształtu

Materiały z pamięcią kształtu Materiały z pamięcią kształtu (SMA) są unikatową grupą stopów metali, które zmienią kształt podgrzewając je do danej temperatury, a następnie powracają do kształtu wyjściowego, tego który został "zapamiętany". Czynnikami, które powodują zmianę kształtu mogą być zarówno temperatura, jaki i pole magnetyczne i odciążenie wcześniej obciążonego materiału.

Materiały z pamięcią kształtu Materiały te mają dwie fazy: fazę wysokotemperaturową (austenit) i niskotemperaturową (martenzyt). Ta druga występuje w dwóch formach: zbliźniaczonej i zbliźniaczonej zniekształconej. Energia, która wyzwala się przy odkształcaniu jest rzędu 106-107 J/m2. Odwracalna przemiana martenzytyczna jest zjawiskiem fizycznym powodującym zmianę kształtu.

Efekty pamięci kształtu W stopach z pamięcią kształtu zachodzi jednokierunkowy efekt pamięci kształtu. Polega on na tym, że materiał odkształcony w stanie martenzytycznym powraca po nagrzaniu do kształtu nadanego przy istnieniu fazy wysokotemperaturowej. Może również występować dwukierunkowy efekt pamięci kształtu, którego istotą jest przejście od kształtu nadanego w stanie martenzytycznym do kształtu nadanego przy istnieniu fazy wysokotemperaturowej jest odwracalne i odbywa się bez udziału naprężeń.

Przemiany Rys. 1 Przemiana jednokierunkowa materiałów z pamięcią kształtu Rys. 2 Przemiana dwukierunkowa materiałów z pamięcią kształtu

Psuedosprężystość Trzecim zjawiskiem, które może zachodzić w stopach z pamięcią kształtu jest psuedosprężystość- odkształcenia będą skutkiem przemiany martenzytycznej indukowanej naprężeniami. Czynnikiem powodującym zmianę kształtu jest zmiana temperatury. Powoduje to ograniczenie częstotliwość pracy tych materiałów do 102 Hz.

Materiały z pamięcią kształtu Podstawową cechą kształtującą własności materiałów z pamięcią kształtu jest przejście pomiędzy fazami austenitu i martenzytu pod wpływem ogrzania (ochłodzenia). Kluczowe efekty to: pseudoelastyczność i efekt pamięci kształtu. Rys. 3 Fazy materiałów z pamięcią kształtu

Temperaturowa przemiana fazowa bez działania obciążenia Materiał przechodzi z fazy austenitu w zbliźniaczony martenzyt pod wpływem ochłodzenia (przy braku obciążenia), czego efektem jest niewidoczna, makroskopowa zmiana kształtu. Pod wpływem ogrzania, zachodzi odwrócenie poprzedniej przemiany i w efekcie dostaje się austenit. Rys. 4 Temperaturowa przemiana fazowa bez działania obciążenia

Występują cztery progi temperatur: •  temperatura rozpoczynająca przemianę martenzytyczną M 0s , zachodzi w niej przemiana austenitu w martenzyt •  temperatura kończąca przemianę martenzytyczną M 0f , przy której transformacja jest kompletna i cały materiał jest w fazie martenzytu •  temperatura rozpoczynająca przemianę austenityczną (A 0s ), po przekroczeniu której zaczyna się transformacja odwrotna (austenit w martenzyt) •  temperatura kończąca przemianę austenityczną (A 0f ), przy której cały materiał występuje w fazie austenitu.

Efekt pamięci kształtu materiałów Jeśli do materiału będącego w fazie zbliźniaczonego martenzytu przyłoży się obciążenie (przy niskiej temperaturze), możliwa jest przemiana w martenzyt zbliźniaczony zniekształcony. Po ustąpieniu sił zewnętrznych materiał pozostaje zdeformowany. Jeśli w tym stanie materiał ogrzeje się do temperatury przekraczającej A 0f , nastąpi przemiana martenzytu w austenit, co będzie przyczyną przywrócenie poprzedniego, "macierzystego" kształtu.

Efekt pamięci kształtu materiałów Rys. 5 Efekt pamięci kształtu materiałów

Temperaturowa przemiana fazowa przy przyłożonym obciążeniu Można również przeprowadzić transformację martenzytyczną, której skutkiem będzie faza struktury zbliźniaczonej zniekształconej. Jeśli obciążenie jest przyłożone gdy materiał znajduje się w fazie austenitu, przemiana fazowa zakończy się na martenzycie zbliźniaczonym zniekształconym. Kolejne ogrzanie materiału powoduje powrót do pierwotnego kształtu.

Temperaturowa przemiana fazowa przy przyłożonym obciążeniu Temperatury przemiany fazowej są uzależnione od wielkości przyłożonych sił zewnętrznych. Im większe obciążenie, tym większe wartości temperatur transformacji. Rys. 6 Temperaturowa przemiana fazowa przy przyłożonym obciążeniu

Stop niklu i tytanu Najpopularniejszym materiałem z pamięcią kształtu jest stop niklu i tytanu, który nazwano nitinolem. Stosuje się go w przemyśle jako drut, wchodzi w skład mechanizmu zabawek, wykorzystywany jest także jako napęd mikrorobotów. Największym zainteresowaniem cieszy się jednak w medycynie, a dokładniej w dentystyce i w chirurgii ortopedycznej dla zabezpieczenia ścięgien, wiązadeł oraz jako wszczepy do krwiobiegu.

Zastosowanie stopów z pamięcią kształtu w technice Do licznych technicznych zastosowań stopów z pamięcią kształtu należą czujniki przeciwpożarowe, systemy regulacyjne w grzejnikach wodnych, automatyczne systemy otwierania okien w szklarniach, układy tłumiące drgania i hałas, oprawki okularów, elementy robotów i silniki cieplne. Dzięki zastosowaniu stopów metali z pamięcią kształtu w budowie maszyn i urządzeń możliwe jest wprowadzenie nowych zasad konstrukcyjnych, a co za tym idzie miniaturyzacja produktów i obniżenie kosztów ich wytworzenia.

Zastosowanie stopów z pamięcią kształtu w medycynie Niektóre stopy metali z pamięcią kształtu mają zastosowanie w medycynie. Stopy Fe-Cr-Ni używane są na implanty w chirurgii przeznaczone do implantacji przez krótki okres czasu, a stopy Ti-Al przez długi czas. Stosowanie tych implantów wiąże się z odpowiednim doborem sposobu ich nagrzewania do temperatury odwrotnej przemiany.

Zastosowanie stopów z pamięcią kształtu w medycynie Zastosowania stopów z pamięcią kształtu to: klamry do osteosyntezy i leczenia złamanych żeber, igły do lokalizacji guzów piersi, napinacze, rdzenie drutów prowadzących, narzędzia chirurgiczne i adaptacyjne endoskopy o kształcie dostosowującym się do cech anatomicznych pacjenta podczas operacji lub badania. Implanty ze stopów metali z pamięcią kształtu umożliwiają prostsze i sprawniejsze przeprowadzenie operacji i są głównym czynnikiem podniesienia poziomu technicznego aparatury medycznej.

Zastosowanie stopów z pamięcią kształtu Stopy z pamięcią kształtu mają również zastosowanie w astronautyce i lotnictwie, czego powodem jest duża możliwość adaptacji w warunkach, w których nie występuje grawitacja ziemska. Dlatego też materiały te nadają się na anteny samo rozkładające się. Można również zastosowań je do redukcji drgań i łączenia rur w statkach kosmicznych, zmiany geometrii skrzydeł samolotów i do włączania osłon baterii słonecznych.

Zastosowanie stopów z pamięcią kształtu Materiały z pamięcią kształtu mają szerokie zastosowanie w przemyśle samochodowym. Można je użyć na zawory ciśnieniowe, podkłady tłumiące drgania mechaniczne i włączające systemy klimatyzacyjne lub chłodzące. Stopy z pamięcią kształtu można zastosować do hermetycznego zamykania klap pojemników na śmieci, do ściskania rdzeni transformatorów i na samo rozkładające się anteny przenośnych telefonów o wymaganej wysokości czujności na docierający sygnał.

Sprawdź swoją wiedzę file:///C:/Users/Justynka/Documents/My%20Quiz/Projects/Materia%C5%82y%20z%20pami%C4%99ci%C4%85%20kszta%C5%82tu/quiz.html