Có một câu chuyện khác về việc khám phá ra các đặc tính của vật liệu SMA. Nghiên cứu ban đầu về vật liệu này bắt đầu vào những năm 1930, khi các nhà khoa học nghiên cứu một số đặc tính bất ngờ được thể hiện bởi các kim loại khác nhau. Nhà hóa học Thụy Điển Arne Ölander đã phát hiện ra hiện tượng đàn hồi giả khi quan sát các hợp kim vàng-cadmium và mô tả nó. Tuy nhiên, phải đến một tai nạn trong phòng thí nghiệm khoảng 30 năm sau, người ta mới thực sự bắt đầu sử dụng thuật ngữ “hợp kim trí nhớ hình dạng”

Tại sao hợp kim bộ nhớ hình dạng có bộ nhớ?

Hiệu ứng bộ nhớ hình dạng có nghĩa là vật liệu rắn có hình dạng nhất định (thường là vật liệu có biến đổi mactenxit nhiệt dẻo) trải qua một giới hạn biến dạng dẻo nhất định ở một nhiệt độ nhất định (ở trạng thái mactenxit Mf), và được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định ( thường là nhiệt độ biến mất mactenxit của vật liệu Af), vật liệu trở lại trạng thái ban đầu trước khi biến dạng.

Hợp kim bộ nhớ hình dạng (SMA) là một loại vật liệu thông minh mới. Đặc điểm của nó là có thể trở lại dạng ban đầu ở một nhiệt độ nhất định. Nói chung, môi trường nơi đặc tính này xảy ra là nhiệt độ cao. Hiệu ứng siêu đàn hồi của nó, đặc tính điện trở cao, sự thay đổi của mô đun đàn hồi ở các nhiệt độ khác nhau và chức năng tự phục hồi không được thực hiện bởi các vật liệu kim loại nói chung.

Nguyên lý của hiệu ứng bộ nhớ hình dạng

Hiệu ứng ghi nhớ hình dạng của hợp kim là một ứng xử cơ nhiệt đặc biệt, là kết quả của sự biến đổi thuận nghịch của giai đoạn nhiệt độ thấp (mactenxit) được tạo ra bởi sự biến đổi mactenxit nhiệt dẻo sang giai đoạn nhiệt độ cao (Austenit) trong quá trình gia nhiệt.

Hầu hết các hợp kim ghi nhớ hình dạng thể hiện hiệu ứng ghi nhớ hình dạng thông qua sự biến đổi mactenxit nhiệt dẻo.

Biến đổi mactenxit thông thường là một phương pháp làm nguội thép, tức là nung nóng thép đến một nhiệt độ tới hạn nhất định trong một khoảng thời gian, và sau đó làm nguội nhanh chóng, thép chuyển thành cấu trúc mactenxit và thép được làm cứng.

Với sự nghiên cứu chuyên sâu của các học giả, họ dần phát hiện ra rằng không chỉ trường nhiệt độ và trường ứng suất có thể tạo ra hiệu ứng ghi nhớ hình dạng, mà từ trường cũng có thể tạo ra sự biến đổi mactenxit, dẫn đến hiệu ứng ghi nhớ hình dạng.

Người ta nhận thấy rằng có nhiều loại hợp kim có hiệu ứng nhớ hình dạng, có thể chia thành ba loại: hợp kim niken-titan, hợp kim đồng và hợp kim sắt. Hiện tại, các hợp kim nhớ hình dạng thực tế duy nhất là hợp kim dựa trên Ni-Ti và hợp kim dựa trên Cu.

Cho đến nay, người ta đã tìm ra hơn 50 hợp kim có hiệu ứng nhớ hình dạng, bao gồm: Au-Cd, Ag-Cd, Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Si, Cu-Sn , Cu-Zn-Ga, In-Ti, Au-Cu-Zn, NiAl, Fe-Pt, Ti-Ni, Ti-Ni-Pd, Ti-Nb, U-Nb, Fe-Mn-Si, v.v.

Nhược điểm và cân nhắc thiết kế

Khi phát triển một thiết kế hoặc thành phần sử dụng SMA làm nguyên liệu thô, mọi người cần xem xét một số yếu tố và rủi ro. Nhược điểm chính của SMA là nguy cơ hỏng hóc do mệt mỏi. Số lần một vật liệu SMA nhất định có thể gần như trở lại hình dạng ban đầu sau khi uốn và biến dạng bị hạn chế (quá nhiều lần, nó có thể bị gãy).

Từ quan điểm sản xuất, chi phí sản xuất của SMA có thể cao, điều này làm hạn chế việc sử dụng SMA của các nhà sản xuất và người tiêu dùng. Không chỉ vậy, vì hầu hết các vật liệu này dựa vào nhiệt độ để tạo ra biến dạng, nên có những rủi ro nhất định trong việc sử dụng SMA trong thiết bị hoạt động trong điều kiện nhiệt độ không kiểm soát được hoặc không ổn định.

Các ngành công nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn của hợp kim bộ nhớ hình dạng chủ yếu bao gồm y sinh, hàng không vũ trụ, cơ khí và điện tử, xây dựng cầu, sản xuất ô tô và các ngành công nghiệp khác. Nhu cầu thị trường đối với các sản phẩm trong ngành hợp kim bộ nhớ định hình có liên quan chặt chẽ đến nhu cầu đối với các sản phẩm trong ngành hạ nguồn, và sẽ tăng lên cùng với sự phát triển của thị trường ngành hạ nguồn. Sự phát triển đồng bộ.

Giai đoạn này, có rất nhiều doanh nghiệp, đơn vị tham gia nghiên cứu ứng dụng hoặc sản xuất hợp kim nhớ hình ở nước tôi. Trong giai đoạn đầu phát triển của ngành, các nghiên cứu về hợp kim nhớ hình dạng của các trường đại học và các viện nghiên cứu khác nhau đã đóng một vai trò to lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển của ngành. Trong những năm gần đây, một số nhà sản xuất hợp kim bộ nhớ định hình trong nước đã vươn lên nhanh chóng và đóng vai trò quan trọng trong tiến bộ công nghệ của ngành. Ở giai đoạn này, chúng đã trở thành động lực quan trọng nhất để phát triển ngành công nghiệp hợp kim nhớ hình của nước tôi.

Kết quả nghiên cứu nâng cao về hợp kim bộ nhớ hình dạng nước ngoài

XUẤT KHẨU. Hàng không vũ trụ

Lốp siêu đàn hồi

Nhóm NASA Glenn SMA đã phát triển một loại lốp không khí nén. Loại lốp siêu đàn hồi này ban đầu được phát triển cho các sứ mệnh lên mặt trăng và sao Hỏa trong tương lai, nhưng nó là một giải pháp thay thế khả thi cho lốp khí nén trên Trái đất ngày nay. Công nghệ này được lấy cảm hứng từ Lốp Mặt Trăng Apollo, sử dụng hợp kim bộ nhớ hình dạng có độ căng cao làm lực tải-mang thành phần thay vì vật liệu đàn hồi điển hình, dẫn đến lốp có thể chịu được sự biến dạng quá mức mà không bị hư hỏng vĩnh viễn.

Loại lốp cải tiến này của nhóm NASA Glenn SMA sử dụng hợp kim bộ nhớ hình dạng (chủ yếu là NiTi và các dẫn xuất của nó) làm thành phần chịu lực. Các hợp kim ghi nhớ hình dạng này có thể chịu được các biến dạng có thể đảo ngược đáng kể (lên đến 10%), cho phép lốp xe chịu được biến dạng lớn hơn các loại lốp không khí nén khác trước khi bị biến dạng vĩnh viễn.

Biến dạng cánh

Các kỹ sư tại Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA sử dụng hợp kim bộ nhớ hình dạng để chế tạo đôi cánh biến dạng. Các bộ phận làm bằng hợp kim ghi nhớ hình dạng thường có kích thước và trọng lượng bằng 10% đến 20% so với các bộ phận truyền thống. Các nhà sản xuất máy bay, các nhà nghiên cứu và các cơ quan chính phủ như NASA có thể sử dụng những kim loại này để thực hiện nhiều công việc hơn là chỉ giảm thiểu nhiên liệu. Giá cả.

Các kỹ sư của Boeing đã phát minh ra hệ thống giảm tiếng ồn của động cơ tuabin. Nó được gọi là “V” của biến hình học. Khi được nung nóng, hợp kim bộ nhớ hình dạng sẽ uốn cong, và các đầu của chữ V này sẽ được nhúng vào dòng khí thải, tạo thêm sự hỗn loạn thích hợp cho không khí nóng để giảm tiếng ồn. Hợp kim bộ nhớ hình dạng càng được nung nóng, nó càng uốn cong, vì vậy khi ở các điều kiện không khí khác nhau, có thể thiết lập nhiều góc hơn trong chữ V.

Đôi cánh có thể gập lại

Các kỹ sư tại Trung tâm Nghiên cứu NASA Glenn, Trung tâm Nghiên cứu Chuyến bay Armstrong của NASA và Boeing đã sử dụng thành công hợp kim bộ nhớ hình dạng (SMA) để di chuyển phần cánh kích thước đầy đủ của F / A-18 Hornet.

Cuộc thử nghiệm thành công này là một cột mốc quan trọng cho dự án cánh thích ứng Spanwise, đang nghiên cứu khả năng bay uốn cong hoặc hình thành một phần của cánh máy bay. Khả năng hình thành cánh có thể cải thiện hiệu suất của máy bay bằng cách giảm trọng lượng và lực cản, đồng thời cải thiện khả năng điều khiển máy bay.

NASA sẽ tiếp tục thử nghiệm các thiết bị truyền động SMA trên cánh F / A-18 trong tương lai, với mục tiêu nâng công suất mô-men xoắn lên 2260N và áp dụng chúng vào các cạnh trước và sau của cánh. Nghiên cứu này là một phần của Dự án Cánh thích ứng Spanwise của NASA, đang nghiên cứu cách các cánh thích ứng trên tàu có thể cải thiện hiệu quả và khả năng điều khiển của máy bay.

2. Ngành Máy móc

Không có hệ thống lạnh làm lạnh

Một nhóm nghiên cứu của Đức đã phát triển một nguyên mẫu của hệ thống sưởi / làm mát tiên tiến có thể làm nóng và làm mát không khí bằng cách nén và dỡ các “đường cơ” niken-titan. Hiệu suất gấp đôi so với máy bơm nhiệt hoặc máy lạnh. ba lần. Thiết bị không sử dụng gas làm lạnh, có nghĩa là nó là một cách thân thiện hơn với môi trường để sưởi ấm hoặc làm mát không gian.

Thiết bị dựa trên các tính chất đặc biệt của hợp kim kim loại bộ nhớ hình dạng nhất định. Trong một số trường hợp, đặc biệt là hợp kim niken-titan, các kim loại này hấp thụ rất nhiều nhiệt khi chúng bị uốn cong và biến dạng, sau đó tỏa nhiệt khi chúng được phép trở lại hình dạng bình thường, đường tải trọng giữa đường giải phóng và đường thoát dòng có thể cao tới 20 ° C.

Sức mạnh robot siêu nhỏ

Giáo sư Duncan Hand từ Đại học Heriot-Watt ở Vương quốc Anh đang phát triển một loại hợp kim mới để sử dụng trong các robot vi mô phức tạp hơn và có thể điều khiển được. Để sản xuất loại vật liệu tiên tiến này, các nhà nghiên cứu đang phát triển một công nghệ mới được gọi là chuyển tiếp cảm ứng laser phân cấp chức năng (FG-LIFT).

Ngón tay rô bốt linh hoạt

Công nghệ này sử dụng một tia laze xung để lắng các màng mỏng kim loại như niken, titan hoặc đồng được dát mỏng trên một polyme trong suốt trên chất nền. Do đó, công nghệ này có thể in từng lớp phim kim loại khác nhau trên đế [máy thu] giống như một dải ruy băng máy đánh chữ cũ, vì vậy có thể có ba lớp titan, bốn lớp niken và một lớp đồng. Bằng cách này, quy trình có thể tạo ra các phần tử ba chiều, mà nhóm mô tả là voxels, bao gồm các lớp kim loại khác nhau. Vật liệu sau đó có thể được xử lý nhiệt để kiểm soát cẩn thận quá trình khuếch tán giữa các lớp kim loại trong mỗi voxel, cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát chính xác thành phần của vật liệu.

Robot sứa

Robot sứa Bionic do SMA điều khiển

Một nhóm từ Phòng thí nghiệm Dụng cụ Cơ điện tử IITIndore của Ấn Độ đã phát triển một con sứa rô bốt mềm dựa trên polyme hợp kim bộ nhớ hình dạng để theo dõi sinh học biển không gây tiếng ồn bằng cách sử dụng các vật liệu thông minh và mềm. Công nghệ robot mềm là một thế mạnh mới nổi trong lĩnh vực robot. SMA có thể được sử dụng như một lựa chọn phù hợp cho công nghệ truyền động linh hoạt để bắt chước tư thế của các sinh vật sống. Nó là một vật liệu thông minh có thể phục hồi từ biến dạng gây ra và khôi phục hình dạng bộ nhớ của nó khi bị nung nóng.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm robot được phát triển trong môi trường phòng thí nghiệm và đạt được chuyển động 1cm / s. Thiết bị sử dụng cơ chế dựa trên lò xo SMA để mô phỏng sự rung lắc của vây sau đuôi cá, từ đó tạo ra lực đẩy đẩy cá rô bốt. Ưu điểm của việc phát triển các robot mềm như vậy là chúng cho phép truyền động không gây tiếng ồn và thiết kế đơn giản, linh hoạt, tiêu tốn ít thời gian chế tạo hơn. Việc làm nóng và làm mát liên tục cấu trúc polyme dựa trên dây SMA chịu trách nhiệm cho sự giãn nở và co lại của các râu trên thân của nó, tạo ra lực đẩy để di chuyển robot sứa trong nước.

Hình dạng vòng bi hợp kim bộ nhớ

Christopher DellaCorte, chuyên gia về máy móc và máy quay của NASA đang cố gắng sử dụng hợp kim niken-titan để chế tạo các ổ trục hình cầu, vì các ổ bi truyền thống dễ bị gỉ và lõm trong môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là trong các chuyến bay hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, Nitinol khác với thép chịu lực truyền thống. Nitinol là sự kết hợp của niken và titan, thường được kết hợp với các kim loại khác. Hợp kim phổ biến nhất là Nitinol 55, một hợp kim ghi nhớ hình dạng nổi tiếng (SMA). SMA là một loại vật liệu có độ đàn hồi cao, có thể bị xoắn và uốn cong, nhưng nó vẫn có thể trở lại hình dạng ban đầu.

3. Cuộc sống hàng ngày

Các ứng dụng chính của hợp kim bộ nhớ hình dạng trong cuộc sống hàng ngày là: thiết bị điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị bảo vệ quá nhiệt, cơ cấu điều chỉnh hướng gió điều hòa không khí, khung kính bộ nhớ, đèn đường bộ nhớ hình dạng, ăng-ten điện thoại di động và kiểm tra lửa vans.

Là loại vật liệu mới xuất hiện cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, hợp kim bộ nhớ có tính siêu thông minh và tính ưu việt cao. Nó có lợi thế tuyệt vời là có thể sản xuất các thành phần đáng tin cậy khác nhau với hiệu suất vượt trội, tự động hóa cao, chống mài mòn và biến dạng. Sự phát triển không ngừng của trình độ khoa học và công nghệ đã làm cho nhu cầu về vật liệu thông minh trong mọi tầng lớp xã hội cũng tiếp tục tăng lên, và hợp kim bộ nhớ định hình có triển vọng phát triển rộng rãi.

Bên cạnh đó, ngành hợp kim nhớ định hình phù hợp với quy hoạch chiến lược quốc gia về ngành công nghiệp mới nổi và chính sách hỗ trợ phát triển của Trung ương và địa phương nhằm xác định XNUMX ngành công nghiệp mới nổi là những ngành được nhà nước hỗ trợ, khuyến khích. Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ hợp kim bộ nhớ hình dạng và sự giảm giá thành, việc thúc đẩy các chính sách công nghiệp và cải thiện liên tục sự chấp nhận của người tiêu dùng. Trong tương lai, với việc nâng cao mức sống của con người và sức tiêu thụ, các hợp kim ghi nhớ hình dạng sẽ dần dần được thương mại hóa hàng ngày. Ngoài các sản phẩm như ô tô, rô bốt, thiết bị gia dụng và thiết bị y tế, một số vật dụng nhỏ trong cuộc sống của con người cũng sẽ Việc phổ biến sử dụng hợp kim bộ nhớ hình dạng cũng sẽ thúc đẩy quy mô thị trường của hợp kim bộ nhớ hình dạng mở rộng hơn nữa.

Liên kết đến bài viết này :Tại sao hợp kim bộ nhớ hình dạng có bộ nhớ? 

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com


Tại sao hợp kim bộ nhớ hình dạng có bộ nhớ?PTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100.
Xưởng gia công chuyên gia công các dịch vụ phục vụ ngành xây dựng và giao thông vận tải. Khả năng bao gồm cắt plasma và oxy-nhiên liệu, Gia công phù hợp, MIG và Đồ gá hàn phay chính xác Cnc nhôm tùy chỉnh, cuộn, lắp ráp, Máy cnc inox gia công tiện thân cây, cắt, và Dịch vụ gia công CNC Thụy Sĩ. Vật liệu được xử lý bao gồm carbon và Bộ phận tấm che gia công bằng thép không gỉ thụ động.
Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( [email protected] ).

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *