آلیاژ حافظه‌دار چیست؟

آلیاژ حافظه دار یا SMA (Shape memory alloy) یکی از آلیاژهای خاص و ویژه برای استفاده در صنایع مختلف است که در دسته مواد جالب و شگفت‌انگیز دنیا قرار دارد. این آلیاژ همان‌طور که از نامش مشخص است می‌تواند خواص خود را به یاد آورد و تغییر شکل بدهد. خصوصیات و ویژگی‌های منحصربه‌فرد آلیاژهای حافظه دار منجر به محبوبیت آن‌ها در حوزه‌های مختلف صنعتی شده است. این آلیاژ در ساخت بسیاری از وسایل روزمره زندگی ما به کار گرفته می‌شود و حتی در صنعت هوافضا نیز کارایی دارد. شایان ذکر است که این آلیاژ در صورت خم شدن، به‌وسیله حرارت به شکل اولیه خود تبدیل می‌شود و دلیل اصلی آن وجود الاستیسیته بالای آن است. در ادامه مطلب، اطلاعات بیشتر و مفیدتری درباره آلیاژ حافظه دار به دست خواهید آورد. با ما همراه باشید.

آلیاژ حافظه دار چیست؟

آلیاژ حافظه دار نوعی ماده هوشمند است که شکل اولیه خود را به خاطر می‌سپارد. این ماده بعد از خمیدگی با اعمال حرارت، مجدد شکل اولیه خود را به دست می‌آورد. به عبارت بهتر، آلیاژ حافظه دار در یک چرخه حرارتی می‌تواند باز هم به شکل اولیه خود بازگردد. این ویژگی باعث شده است که از آن‌ با نام آلیاژ هوشمند نیز یاد کنند. به علاوه ویژگی خاص آلیاژ حافظه دار منجر به استفاده گسترده از آن در حسگرهای دما و محرک‌ها شده است.

ضمنا، آلیاژ حافظه دار متشکل از دو، سه یا چهار عنصر با ترکیبات بسیار ویژه است که به دو گروه اصلی، آلیاژهای پایه مس و آلیاژهای نیکل تیتانیوم به همراه جزء سوم تقسیم می‌شود؛ این جزء سوم می‌تواند هر عنصری باشد. مهم‌ترین ویژگی که آلیاژهای حافظه دار دارند، همین سوپرالاستیسیته بودن است؛ یعنی بعد از عملیات حرارت تبدیل به شکل اولیه خود می‌شوند. شکل‌پذیری، مقاومت بالا و خواص مکانیکی مطلوب از سایر ویژگی‌های آلیاژ حافظه دار است.

کاربردهای آلیاژ حافظه دار

یکی از اولین کاربردهای آلیاژهای حافظه‌دار در مقیاس انبوه، استفاده در اتصالات لوله‌های هیدرولیک اف-۱۴ بود. اما صنعت پزشکی اولین زمینه‌ای است که آلیاژهای حافظه‌دار در آن کاربردهای زیادی دارند. علت این امر مناسب بودن دمای بدن برای عملکرد آلیاژهای حافظه‌دار در ناحیه شبه‌الاستیک است. از مهم‌ترین کاربردهای آلیاژ حافظه دار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• صنعت پزشکی
• صنعت هوافضا
• صنعت هسته‌ای
• صنعت روباتیک
• صنعت داروسازی
• صنعت پتروشیمی
• صنعت بایو پزشکی
• صنعت ساعت‌سازی
• صنعت ساختمان‌سازی

همچنین، به علت شکل پذیری بالای این آلیاژها می‌توان از آن‌ها در صنعت عینک‌سازی و ارتودنسی بهره گرفت زیرا نیکل و تیتانیوم موجود در این آلیاژ باعث باعث ایجاد انعطاف‌پذیری بالا می‌شود. شایان ذکر است که این ویژگی انعطاف‌پذیری به درمان بسیاری از مشکلات قلبی و عروقی و استخوانی راه پیدا کرده است. باز کردن رگ‌های خونی و استفاده از پلاتین‌های فلزی از برجسته‌ترین کاربردهای آلیاژ حافظه‌دار به‌شمار می‌روند.

انواع آلیاژ حافظه دار

انواع آلیاژ حافظه دار از نظر نوع محرک شامل موارد زیر است:

• آلیاژ حافظه دار شکلی

آلیاژ حافظه دار شکلی همان‌طور که در قسمت‌های قبلی گفتیم، با تغییر دما می‌تواند به شکل اولیه خود تبدیل شود. رفتار حافظه‌ای شامل دو گروه یک طرفه و دو طرفه می‌شود. چنانچه آلیاژ قادر به حفظ شکل خود، تنها در فاز آستنتیت باشد در دسته آلیاژ حافظه دار یک طرفه قرار می‌گیرد. اگر هم توانایی حفظ شکل خود در هر دو فاز آستنتیت و مارتنزیت را داشته باشد، به آن آلیاژ حافظه دار دو طرفه گفته می‌شود.

• آلیاژ حافظه دار مغناطیسی

گرما و تنش به عنوان محرک اصلی مواد حافظه دار شناخته می‌شوند؛ اما محرک سومی نیز تحت عنوان میدان مغناطیسی وجود دارد. فلزات در میدان مغناطیسی با تنش و تغییر شکل مواجه می‌شوند. اگر میدان مغناطیسی به میدانی که آلیاژ در آن تربیت‌شده بازگردد، شکل آلیاژ نیز به همان صورت تبدیل خواهد شد. به این مواد، Magneto stractive گفته می‌شود و معمولا از آلیاژ گالیوم، نیکل و منیزیم حاصل می‌شوند.

• آلیاژ حافظه دار سوپرالاستیک

آلیاژهایی که توانایی به خاطر سپردن شکل خود در زمان تنش را دارند به آلیاژهای سوپرالاستیک معروف هستند. بنابراین، فاز مارتنزیت آن‌ها از تنش است که بعد از رفع و برداشتن تنش، شاهد بازگشت شکل اولیه فلزات خواهیم بود. به این ترتیب، خصوصیات فلز بعد از اتمام کرنش‌های بزرگ، مجدد بازیابی می‌شود.

بخش های تشکیل دهنده آلیاژ حافظه دار

مواد و بخش‌های تشکیل دهنده آلیاژ حافظه دار بسته به نوع آن شامل موارد زیر است:

• آلیاژ مس
• آلیاژ طلا
• آلیاژ روی
• آلیاژ آهن
• آلیاژ نیکل – تیتانیوم
• آلیاژ مس – آلومینیوم – نیکل

فرآیند تولید آلیاژ حافظه دار

آلیاژ حافظه دار یا همان آلیاژ هوشمند با تکنیک ریخته‌گری و با بهره‌گیری از ذوب قوس خلا یا ذوب القایی تولید می‌شود. بعد از ریخته‌گری، شمش را در سمت مقطع بزرگترش نورد گرم کرده و بعد، آن را با کشش به سیم تبدیل می‌کنند. روشی هم که آلیاژ در آن آموزش دیده می‌شود، به خصایصش بستگی دارد. به‌طورکلی، برای این هدف، از عملیات حرارت‌دهی استفاده می‌کنند؛ دمای حرارت نیز اهمیت زیادی دارد. این دما باید بین 400 الی 500 درجه سانتی‌گراد باشد. آلیاژ در این بازه دمایی حدود 30 دقیقه تحت حرارت قرار می‌گیرد و سپس، با روش‌هایی مانند قرارگیری در معرض هوا یا کوئنچ کردن در آب سرد می‌شود.

چرا آلیاژهای حافظه دار مفید هستند؟

سخن پایانی

آلیاژ حافظه‌دار با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، نقش مهمی در صنایع پیشرفته ایفا می‌کند. قابلیت بازگشت به شکل اولیه با اعمال حرارت یا میدان مغناطیسی، سوپرالاستیسیته و مقاومت بالا، این آلیاژ را به ماده‌ای شگفت‌انگیز در حوزه‌هایی چون پزشکی، هوافضا، رباتیک و ساختمان‌سازی تبدیل کرده است. ترکیبات ویژه‌ای از فلزاتی مانند نیکل، تیتانیوم، مس و آلومینیوم، این آلیاژ را برای کاربردهای متنوع مناسب ساخته‌اند. فرآیند تولید دقیق و عملیات حرارتی خاص نیز تضمین‌کننده عملکرد بی‌نقص این مواد است. آلیاژهای حافظه‌دار آینده‌ای نویدبخش برای توسعه فناوری‌های هوشمند و پیشرفته رقم می‌زنند.