آلیاژ حافظه تیتانیوم

آلیاژهای حافظه دار (SMA) دسته ای از مواد هستند که پس از تغییر شکل می توانند به شکل اولیه خود بازگردند. در میان انواع SMA، SMA مبتنی بر تیتانیوم (همچنین به عنوان آلیاژ TiNi یا نیتینول شناخته می شود) به دلیل ترکیب منحصر به فرد خواص مکانیکی و اثر حافظه شکل توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است. در این مقاله به معرفی جزییات آلیاژ TiNi از جمله ویژگی ها، عملکرد، مزایا، کاربردها و روش های تولید می پردازیم.

آلیاژ TiNi یک ترکیب بین فلزی است که از تیتانیوم و نیکل تشکیل شده است. آنها دو ویژگی کلیدی را نشان می دهند: اثر حافظه شکل (SME) و فوق الاستیسیته (SE). SME به توانایی یک ماده برای بازگشت به شکل اولیه خود پس از تغییر شکل در دمای معین اشاره دارد. SE دارای مقدار زیادی تغییر شکل برگشت پذیر بدون آسیب دائمی است. آلیاژ TiNi مزایای زیادی نسبت به آلیاژهای سنتی دارد، مانند:

- انعطاف پذیری و کشش بالا

- مقاومت در برابر خستگی و خوردگی بالا

- ظرفیت میرایی بالا

- چگالی کم

- زیست سازگاری

با توجه به این خواص منحصر به فرد، آلیاژهای TiNi به طور گسترده در زمینه های مختلف از جمله تجهیزات پزشکی، مهندسی هوافضا، خودرو و رباتیک استفاده می شود.

حوزه های کاربرد

تجهیزات پزشکی:

یکی از رایج ترین کاربردهای آلیاژ TiNi در زمینه پزشکی است. به دلیل زیست سازگاری، آلیاژ TiNi به طور گسترده در تجهیزات پزشکی قابل کاشت مختلف مانند استنت ها، سیم های راهنمای ارتودنسی و نوک های سرب ضربان ساز استفاده می شود. آلیاژهای تیتانیوم نیکل را می توان به راحتی در اشکال و اندازه های مختلف پردازش کرد و آنها را برای مصارف پزشکی ایده آل می کند. علاوه بر این، فوق الاستیسیته آلیاژ تیتانیوم نیکل به آن اجازه می دهد تا در برابر تغییر شکل های ناشی از حرکت بیمار بدون آسیب رساندن یا از دست دادن شکل اصلی خود مقاومت کند.

مهندسی هوا فضا:

در صنعت هوافضا، آلیاژهای TiNi کاربردهای مختلفی دارند، مانند:

- محرک برای کنترل دمای کابین

- سیستم های قفل برای درهای بار و پنجره های کابین خلبان

- سیستم های رانش ماهواره و موشک

قابلیت میرایی بالای آلیاژهای TiNi آنها را برای کاهش سطح سر و صدا و لرزش در هواپیما و فضاپیما ایده آل می کند.

ماشین:

آلیاژهای TiNi همچنین در کاربردهای مختلف خودرویی مانند:

- اجزای موتور (سوپاپ، میل بادامک و غیره)

- تزریق کننده ی سوخت

- سنسور

- کشنده کمربند ایمنی

آلیاژ TiNi به دلیل استحکام، دوام و مقاومت در برابر دمای بالا، اولین انتخاب برای این کاربردها است.

فناوری ربات:

آلیاژ TiNi نیز در صنعت رباتیک استفاده می شود. آنها در گیره های رباتیک و سایر دستکاری کننده ها به دلیل توانایی آنها در مقاومت در برابر تغییر شکل زیاد و بازگشت به شکل اولیه خود پس از گرم شدن استفاده می شوند.

روش تولید

روش های زیادی برای تولید آلیاژهای TiNi وجود دارد، مانند:

- ذوب القایی خلاء (VIM)

- ذوب پرتو الکترونی (EBM)

- متالورژی پودر (PM)

- آلیاژ حافظه دار متخلخل (SSMA)

متالورژی پودر به دلیل خروجی بالا، هزینه کم و انعطاف پذیری تولید به متداول ترین روش برای تولید آلیاژهای TiNi تبدیل شده است. این روش پودر TiNi را به شکل دلخواه فشار می دهد و سپس آن را تحت دما و فشار بالا تف جوشی می کند تا یک ماده متراکم با خواص مکانیکی خوب تشکیل شود.

در نتیجه

آلیاژ TiNi نوعی آلیاژ حافظه دار است که به دلیل ترکیب منحصر به فرد خواص مکانیکی و اثر حافظه شکل توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. آنها طیف گسترده ای از کاربردها در زمینه های مختلف از جمله تجهیزات پزشکی، مهندسی هوافضا، خودرو و رباتیک دارند. آلیاژهای TiNi را می توان با استفاده از روش های مختلفی تولید کرد، مانند متالورژی پودر، آلیاژهای حافظه دار متخلخل، ذوب القایی خلاء و ذوب پرتو الکترونی. انتظار می رود با توسعه مستمر این زمینه، آلیاژ TiNi در آینده نقش مهمی را در صنایع مختلف ایفا کند.