Дәстүрлі даналық бойынша металдар ең берік және төзімді материалдар болып табылады. Дегенмен, сыртқы жүктемесіз деформациядан кейін пішінін қалпына келтіретін қорытпалар бар. Олар сондай-ақ құрылымдық материалдардан ерекшеленетін басқа бірегей физикалық және механикалық қасиеттермен сипатталады.
Құбылыстың мәні
Қорытпалардың пішінді есте сақтау әсері алдын ала деформацияланған металдың қыздыру нәтижесінде немесе жай түсіргеннен кейін өздігінен қалпына келуі болып табылады. Бұл ерекше қасиеттерді ғалымдар 1950 жылдардың басында байқаған. 20 ғасыр Сол кездің өзінде бұл құбылыс кристалдық тордағы мартенситтік өзгерістермен байланысты болды, оның барысында атомдардың реттелген қозғалысы орын алады.
Пішінді есте сақтау материалдары бойынша мартенсит термосерпімді. Бұл құрылым сыртқы қабаттарында керілген, ал ішкі қабаттарында қысылған жұқа пластиналар түріндегі кристалдардан тұрады. Деформацияның «тасымалдаушылары» фазааралық, қос және кристалларалық шекаралар болып табылады. Қыздырғаннан кейін деформацияланғанметалды бастапқы пішініне қайтаруға тырысатын ішкі кернеулер пайда болады.
Спонтанды қалпына келтіру сипаты алдыңғы әсер ету механизміне және ол жалғасатын температура жағдайларына байланысты. Ең қызықтысы - бірнеше миллион деформацияны құрауы мүмкін көп циклділік.
Пішінді есте сақтау әсері бар металдар мен қорытпалардың тағы бір ерекше қасиеті бар - материалдың физикалық және механикалық сипаттамаларының температураға сызықты емес тәуелділігі.
Сұрттар
Жоғарыдағы процесс бірнеше пішінде болуы мүмкін:
- суперпластиктілік (суперсерпімділік), онда металдың кристалдық құрылымы қалыпты күйдегі аққыштық шегінен айтарлықтай асатын деформацияларға төтеп бере алады;
- бір және қайтымды пішінді жады (соңғы жағдайда әсер термиялық цикл кезінде бірнеше рет қайталанады);
- тура және кері түрлендіру икемділігі (салқындату және қыздыру кезінде, сәйкесінше мартенситті түрлендіруден өткенде деформацияның жинақталуы);
- қайтарылатын жады: қыздырған кезде алдымен бір деформация қалпына келеді, содан кейін температураның одан әрі жоғарылауымен екіншісі;
- бағдарланған түрлендіру (жүктеме алынғаннан кейін деформациялардың жиналуы);
- псевдосерпімділік – серпімді емес деформацияларды 1-30% аралығындағы серпімді мәндерден қалпына келтіру.
Әсері бар металдардың бастапқы күйіне оралупішінді жады соншалықты қарқынды болуы мүмкін, сондықтан оны созылу күшіне жақын күшпен басу мүмкін емес.
Материалдар
Осындай қасиеттері бар қорытпалардың ішінде ең көп таралғаны титан-никель (49–57% Ni және 38–50% Ti). Олардың өнімділігі жақсы:
- жоғары беріктік пен коррозияға төзімділік;
- қалпына келтіру факторы;
- бастапқы күйге оралу кезіндегі ішкі кернеудің үлкен мәні (800 МПа дейін);
- биологиялық құрылымдармен жақсы үйлесімділік;
- тиімді дірілді жұту.
Титан никелидінен (немесе нитинолдан) басқа басқа қорытпалар да қолданылады:
- екі компонент - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- үш компонентті - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Си және басқалар.
Легирленген қоспалар тотықсыздану қасиеттеріне әсер етіп, мартенситті түрлендіру температурасын айтарлықтай өзгерте алады.
Өнеркәсіптік пайдалану
Пішін жады эффектісін қолдану көптеген техникалық мәселелерді шешуге мүмкіндік береді:
- алау әдісіне ұқсас тығыз құбыр түйіндерін жасау (фланецті қосылыстар, өздігінен қатайтылатын қыстырғыштар және муфталар);
- қысқыш құралдарды, қысқыштарды, итергіштерді өндіру;
- дизайн«суперсеріппелер» және механикалық энергияның аккумуляторлары, қадамдық қозғалтқыштар;
- біркелкі емес материалдардан (металл-металл) немесе жету қиын жерлерде дәнекерлеу немесе дәнекерлеу мүмкін болмаған кезде буындар жасау;
- қайта пайдалануға болатын қуат элементтерін өндіру;
- микросұлбалардың қаптамаларын, оларды қосуға арналған розеткалар;
- әртүрлі құрылғылардағы температура реттегіштері мен сенсорларын өндіру (өрт дабылдары, сақтандырғыштар, жылу қозғалтқышының клапандары және т.б.).
Ғарыш өнеркәсібі үшін мұндай құрылғыларды (өздігінен ашылатын антенналар мен күн батареялары, телескопиялық құрылғылар, ғарыш кеңістігінде орнату жұмыстарына арналған құралдар, айналмалы механизмдерге арналған жетектер – рульдер, жапқыштар, люктер, манипуляторлар) жасаудың болашағы зор.. Олардың артықшылығы - кеңістіктегі кеңістіктік жағдайды бұзатын импульстік жүктемелердің болмауы.
Пішінді есте сақтайтын қорытпаларды медицинада қолдану
Медициналық материалтануда осындай қасиеттері бар металдар келесідей технологиялық құрылғыларды жасау үшін пайдаланылады:
- сүйектерді созуға, омыртқаны түзетуге арналған қадамдық қозғалтқыштар;
- қан алмастырғыштарға арналған сүзгілер;
- сынықтарды бекітуге арналған құрылғылар;
- ортопедиялық құрылғылар;
- веналар мен артерияларға арналған қысқыштар;
- жасанды жүрекке немесе бүйрекке арналған сорғы бөліктері;
- қан тамырларына имплантациялауға арналған стенттер мен эндопротездер;
- тіс қатарын түзетуге арналған ортодонтиялық сымдар.
Кемшіліктер мен перспективалар
Үлкен әлеуетіне қарамастан, пішінді жады қорытпаларының кең тарауын шектейтін кемшіліктері бар:
- қымбат химия құрамдастары;
- күрделі өндіріс технологиясы, вакуумдық жабдықты пайдалану қажеттілігі (азот пен оттегі қоспаларын қоспау үшін);
- фазаның тұрақсыздығы;
- металдардың өңдеуге қабілеттілігі төмен;
- құрылымдардың әрекетін дәл модельдеу және қалаған сипаттамалары бар қорытпаларды өндірудегі қиындықтар;
- қорытпалардың қартаюы, шаршауы және тозуы.
Технологияның осы саласын дамытудың перспективалы бағыты - пішінді есте сақтау әсері бар металдардан жабындарды жасау, сондай-ақ темір негізінде осындай қорытпаларды өндіру. Композиттік құрылымдар екі немесе одан да көп материалдардың қасиеттерін бір техникалық шешімде біріктіруге мүмкіндік береді.
