Segundo a sabedoria convencional, os metais são os materiais mais duráveis e resistentes. No entanto, existem ligas que podem recuperar sua forma após a deformação sem aplicar uma carga externa. Eles também são caracterizados por outras propriedades físicas e mecânicas únicas que os distinguem dos materiais estruturais.
Essência do fenômeno
O efeito de memória de forma das ligas é que um metal pré-deformado se recupera espontaneamente como resultado do aquecimento ou simplesmente após o descarregamento. Essas propriedades incomuns foram notadas pelos cientistas já na década de 1950. século 20 Mesmo assim, esse fenômeno foi associado a transformações martensíticas na rede cristalina, durante as quais há um movimento ordenado dos átomos.
Martensita em materiais com memória de forma é termoelástica. Essa estrutura consiste em cristais em forma de placas finas, que são esticadas nas camadas externas e comprimidas nas internas. Os "portadores" da deformação são os limites interfásicos, gêmeos e intercristalitos. Depois de aquecer o deformadoliga, surgem tensões internas, tentando devolver o metal à sua forma original.
A natureza da recuperação espontânea depende do mecanismo da exposição anterior e das condições de temperatura sob as quais ocorreu. De maior interesse é a ciclicidade múltipla, que pode chegar a vários milhões de deformações.
Metais e ligas com efeito de memória de forma têm outra propriedade única - uma dependência não linear das características físicas e mecânicas do material em relação à temperatura.
Variedades
O processo acima pode assumir várias formas:
- superplasticidade (superelasticidade), em que a estrutura cristalina do metal pode suportar deformações que excedem significativamente o limite de escoamento no estado normal;
- memória de forma simples e reversível (no último caso, o efeito é reproduzido repetidamente durante o ciclo térmico);
- ductilidade de transformação direta e reversa (acúmulo de deformação durante o resfriamento e aquecimento, respectivamente, ao passar por uma transformação martensítica);
- memória reversível: quando aquecida, primeiro uma deformação é restaurada e depois, com um aumento adicional de temperatura, outra;
- transformação orientada (acúmulo de deformações após a retirada da carga);
- pseudoelasticidade - recuperação de deformações inelásticas de valores elásticos na faixa de 1-30%.
Retorna ao estado original dos metais com o efeitoa memória de forma pode ser tão intensa que não pode ser suprimida por uma força próxima à resistência à tração.
Materiais
Entre as ligas com tais propriedades, as mais comuns são o titânio-níquel (49–57% Ni e 38–50% Ti). Eles têm bom desempenho:
- alta resistência e resistência à corrosão;
- fator de recuperação significativo;
- grande valor de tensão interna ao retornar ao estado inicial (até 800 MPa);
- boa compatibilidade com estruturas biológicas;
- absorção efetiva de vibração.
Além do níquel-titânio (ou nitinol), outras ligas também são usadas:
- dois componentes - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- três componentes - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si e outros.
Os aditivos de liga podem alterar bastante a temperatura de transformação martensítica, afetando as propriedades de redução.
Uso Industrial
A aplicação do efeito de memória de forma permite resolver muitos problemas técnicos:
- criação de conjuntos de tubos estanques semelhantes ao método de alargamento (conexões flangeadas, clipes de autoaperto e acoplamentos);
- fabricação de ferramentas de fixação, garras, empurradores;
- design"supermolas" e acumuladores de energia mecânica, motores de passo;
- criação de juntas a partir de materiais diferentes (metal-não-metal) ou em locais de difícil acesso quando a soldagem ou soldagem se torna impossível;
- produção de elementos de energia reutilizáveis;
- vedação de microcircuitos, tomadas para sua conexão;
- produção de controladores e sensores de temperatura em diversos dispositivos (alarmes de incêndio, fusíveis, válvulas de motores térmicos e outros).
A criação de tais dispositivos para a indústria espacial (antenas auto-implantáveis e painéis solares, dispositivos telescópicos, ferramentas para trabalhos de instalação no espaço exterior, acionamentos para mecanismos rotativos - lemes, persianas, escotilhas, manipuladores) tem grandes perspectivas. Sua vantagem é a ausência de cargas de impulso que perturbam a posição espacial no espaço.
Aplicação de ligas com memória de forma na medicina
Na ciência de materiais médicos, metais com essas propriedades são usados para fazer dispositivos tecnológicos como:
- motores de passo para alongar os ossos, endireitar a coluna;
- filtros para substitutos do sangue;
- dispositivos para fixação de fraturas;
- aparelhos ortopédicos;
- grampos para veias e artérias;
- peças de bomba para coração ou rim artificial;
- stents e endopróteses para implantação em vasos sanguíneos;
- fios ortodônticos para correção da dentição.
Desvantagens e perspectivas
Apesar de seu grande potencial, as ligas com memória de forma têm desvantagens que limitam sua ampla adoção:
- componentes químicos caros;
- tecnologia de fabricação complicada, necessidade de uso de equipamentos a vácuo (para evitar a inclusão de impurezas de nitrogênio e oxigênio);
- instabilidade de fase;
- baixa usinabilidade de metais;
- dificuldades em modelar com precisão o comportamento de estruturas e fabricar ligas com características desejadas;
- envelhecimento, fadiga e degradação de ligas.
Uma direção promissora no desenvolvimento desta área da tecnologia é a criação de revestimentos a partir de metais com efeito de memória de forma, bem como a fabricação de tais ligas à base de ferro. As estruturas compostas permitirão combinar as propriedades de dois ou mais materiais em uma solução técnica.
