Segons la saviesa convencional, els metalls són els materials més duradors i resistents. Tanmateix, hi ha aliatges que poden recuperar la seva forma després de la deformació sense aplicar una càrrega externa. També es caracteritzen per altres propietats físiques i mecàniques úniques que els distingeixen dels materials estructurals.
Essència del fenomen
L'efecte de memòria de forma dels aliatges és que un metall predeformat es recupera espontàniament com a conseqüència de l'escalfament o simplement després de la descàrrega. Aquestes propietats inusuals van ser observades pels científics ja a la dècada de 1950. segle 20 Fins i tot aleshores, aquest fenomen estava associat a transformacions martensítiques a la xarxa cristal·lina, durant les quals hi ha un moviment ordenat dels àtoms.
Els materials de memòria de forma de martensita són termoelàstics. Aquesta estructura està formada per cristalls en forma de plaques fines, que s'estiren a les capes exteriors, i es comprimeixen a les interiors. Els "portadors" de la deformació són els límits interfàsics, bessons i intercristal·lits. Després d'escalfar el deformataliatge, apareixen tensions internes que intenten tornar el metall a la seva forma original.
La naturalesa de la recuperació espontània depèn del mecanisme de l'exposició prèvia i de les condicions de temperatura en què es va produir. El més interessant és la ciclicitat múltiple, que pot suposar diversos milions de deformacions.
Els metalls i els aliatges amb efecte de memòria de forma tenen una altra propietat única: la dependència no lineal de les característiques físiques i mecàniques del material de la temperatura.
Varietats
El procés anterior pot prendre diverses formes:
- superplasticitat (superelasticitat), en què l'estructura cristal·lina del metall pot suportar deformacions que superen significativament el límit elàstic en estat normal;
- memòria de forma única i reversible (en aquest últim cas, l'efecte es reprodueix repetidament durant el cicle tèrmic);
- ductilitat de transformació cap endavant i inversa (acumulació de tensió durant el refredament i l'escalfament, respectivament, en passar per una transformació martensítica);
- memòria reversible: quan s'escalfa, primer es restaura una deformació, i després, amb un augment de la temperatura, una altra;
- transformació orientada (acumulació de deformacions després de l'eliminació de la càrrega);
- pseudoelasticitat - recuperació de deformacions inelàstiques a partir de valors elàstics en el rang d'1-30%.
Retorn a l'estat original dels metalls amb l'efecteLa memòria de forma pot ser tan intensa que no es pot suprimir per una força propera a la resistència a la tracció.
Materials
Entre els aliatges amb aquestes propietats, els més comuns són el titani-níquel (49-57% Ni i 38-50% Ti). Tenen un bon rendiment:
- alta resistència i resistència a la corrosió;
- factor de recuperació important;
- valor gran de l'estrès intern quan es torna a l'estat inicial (fins a 800 MPa);
- bona compatibilitat amb estructures biològiques;
- absorció efectiva de vibracions.
A més del níquelur de titani (o nitinol), també s'utilitzen altres aliatges:
- de dos components - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- de tres components - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si i altres.
Els additius d'aliatge poden canviar molt la temperatura de transformació martensítica, afectant les propietats de reducció.
Ús industrial
L'aplicació de l'efecte de memòria de forma permet resoldre molts problemes tècnics:
- creació de conjunts de tubs estancs similars al mètode d'envasat (connexions amb brides, clips i acoblaments auto-estrenyables);
- fabricació d'eines de subjecció, pinces, empenta;
- disseny"supermolls" i acumuladors d'energia mecànica, motors pas a pas;
- crear juntes a partir de materials diferents (metall-no metàl·lic) o en llocs de difícil accés quan es fa impossible soldar o soldar;
- producció d'elements d'energia reutilitzables;
- segellat de caixa de microcircuits, endolls per a la seva connexió;
- producció de controladors de temperatura i sensors en diversos dispositius (alarmes d'incendis, fusibles, vàlvules de motor tèrmic i altres).
La creació d'aquests dispositius per a la indústria espacial (antenes i panells solars autodesplegables, dispositius telescòpics, eines per a treballs d'instal·lació a l'espai exterior, accionaments per a mecanismes rotatius: timons, persianes, escotilles, manipuladors) té grans perspectives.. El seu avantatge és l'absència de càrregues d'impuls que pertorben la posició espacial a l'espai.
Aplicació d'aliatges amb memòria de forma en medicina
A la ciència dels materials mèdics, els metalls amb aquestes propietats s'utilitzen per fabricar dispositius tecnològics com ara:
- motors pas a pas per estirar els ossos, redreçar la columna;
- filtres per a substituts de la sang;
- dispositius per arreglar fractures;
- aparells ortopèdics;
- pinces per a venes i artèries;
- peces de la bomba per a cor o ronyó artificials;
- stents i endopròtesis per a la implantació en vasos sanguinis;
- fills d'ortodòncia per corregir la dentició.
Inconvenients i perspectives
Malgrat el seu gran potencial, els aliatges amb memòria de forma tenen desavantatges que limiten la seva adopció generalitzada:
- components químics cars;
- tecnologia de fabricació complicada, la necessitat d'utilitzar equips de buit (per evitar la inclusió d'impureses de nitrogen i oxigen);
- inestabilitat de fase;
- baixa mecanització dels metalls;
- dificultats per modelar amb precisió el comportament d'estructures i fabricar aliatges amb les característiques desitjades;
- envelliment, fatiga i degradació dels aliatges.
Una direcció prometedora en el desenvolupament d'aquesta àrea de la tecnologia és la creació de recobriments de metalls amb efecte de memòria de forma, així com la fabricació d'aliatges d'aquest tipus a base de ferro. Les estructures compostes permetran combinar les propietats de dos o més materials en una solució tècnica.
