آشنایی با آلیاژهای حافظه دار (SMA)
آلیاژهای حافظه دار شکلی(SMA) که معادل انگلیسی آن Shape Memory Alloy است، دسته ای از مواد هوشمند هستند که می توانند شکل اولیه خود را به خاطر بسپارند. این مواد پس از خم شدن، با اعمال حرارت، دوباره شکل اولیه خود را باز خواهند یافت. در واقع SMA ها از خاصیت الاستیسیته بالایی برخوردار هستند.
آلیاژهای حافظه دار ویژگی گفته شده را به دلیل دو فاز بین فلزی منحصر به فرد، یعنی آستنیت و مارتنزیت به دست آورده‌اند.
آلیاژهای حافظه دار فعلی عبارتند از:
- NiTi یا نیتینول (نیکل-تیتانیوم) : نیتینول پیشرفته ترین آلیاژ حافظه دار با خواص مکانیکی عالی است که تقریباً می‌توان آن را تنها SMA تجاری با دوام دانست.
- ترکیبات Cu-Al-Ni وFe-Mn-Si و Cu-Zn-Al : این ترکیبات از خواص مکانیکی ضعیف‌تری برخوردار هستند و هنوز در مسیر توسعه قرار دارند؛ اگرچه ممکن است زمانی پیش بیاید که نسبت به Ni-Ti مزیت بیشتری، مانند دمای تبدیل بالاتر داشته باشند.
- Ni-Mn-Ga : آلیاژهای نیکل-منگنز-گالیوم، از آلیاژ های حافظه دار مغناطیسی هستند که به جای دما، تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قرار می‌گیرند. آنچنان که از شواهد بر می‌آید آلیاژهای حافظه دار مغناطیسی نیز در مسیر توسعه قرار دارند.
هنگام بحث درباره آلیاژهای حافظه دار، با چند نکته شاخص برخورد می‌کنیم که شاید بهتر باشد با آنها آشنایی داشته باشیم:
- مارتنزیت : این مرحله دمای پایین، یک ساختار غیر تعادلی است که در سرعت‌های سرد شدن بالا به وجود می‌آید.
- آستنیت : این مرحله دمای بالا، یک محلول جامد فلزی غیر مغناطیسی از کربن و آهن است که در فولاد در دمایی بالاتر از دمای بحرانی ۷۲۳ درجه سانتیگراد وجود دارد.
- دمای تبدیل : این دمایی است که در آن، فاز بین آستنیت و مارتنزیت تغییر می‌کند. در واقع، دما یک محدوده است که به میزان گرمادهی یا سرمادهی وابسته است؛ بنابراین دمای شروع مارتنزیت (M s )، دمای پایان آن (M f )، دمای شروع آستنیت (A s ) و دمای پایان آن هم (A f ) است.
- حالت بین فلزی : آلیاژهای حافظه دار در واقع یک حالت بین فلزی دارند. آلیاژها، ترکیبی از عناصر فلزی هستند که علاوه بر تشکیل محلول جامد، احتمال رسوب آنها نیز وجود دارد.
چرا آلیاژهای حافظه دار مفید هستند؟
سوال اینجاست که چرا دانشمندان به آلیاژهای حافظه‌دار هوشمند علاقه‌مند هستند؟
از آنجایی که آلیاژهای حافظه دار با قرار گرفتن در معرض گرما تغییر شکل می‌دهند، می‌توانند کارآیی بالایی داشته باشند. در اصل، شما می‌توانید از آنها برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی استفاده کنید؛ مثلا شما می‌توانید با به کارگیری سیم ساخته شده از این آلیاژ، یک موتور بسازید.
از آلیاژهای حافظه دار اغلب به عنوان عملگر استفاده می‌شود (عملگرها اساساً سوئیچ‌های کوچکی هستند که اجسام، مثلا ربات‌ها را به حرکت در می‌آورند).
دریچه‌های بال هواپیما (flaps) را تصور کنید. این فلپ ها نمونه‌ای از عملگرها هستند.
کاربرد آلیاژهای حافظه دار
منظور از کاربردهای SMA، درواقع کاربردهای NiTi (نیکل-تیتانیوم) است. از ویژگی‌های این آلیاژ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- خواص مکانیکی عالی
- قیمت پایین
- سادگی در ساخت
- غیر سمی بودن
- مقاومت بالا در برابر خوردگی برای کاربردهای زیست پزشکی
اگر تا کنون فلزی را دیده‌اید که انعطاف بسیار بالایی دارد، احتمالا از NiTi (نیکل-تیتانیوم) ساخته شده است. به عنوان مثال از این نوع آلیاژ در فریم عینک ها و سیم‌های ارتودنسی استفاده می‌شود.
