V skladu s konvencionalno modrostjo so kovine najbolj trpežni in odporni materiali. Vendar pa obstajajo zlitine, ki lahko povrnejo svojo obliko po deformaciji brez zunanje obremenitve. Zanje so značilne tudi druge edinstvene fizikalne in mehanske lastnosti, ki jih razlikujejo od strukturnih materialov.
Bistvo fenomena
Učinek spomina oblike zlitin je, da se preddeformirana kovina spontano obnovi kot posledica segrevanja ali preprosto po razkladanju. Te nenavadne lastnosti so znanstveniki opazili že v petdesetih letih prejšnjega stoletja. 20. stoletje Že takrat je bil ta pojav povezan z martenzitnimi transformacijami v kristalni mreži, med katerimi pride do urejenega gibanja atomov.
Martenzitni materiali s spominom oblike so termoelastični. Ta struktura je sestavljena iz kristalov v obliki tankih plošč, ki so v zunanjih plasteh raztegnjene, v notranjih pa stisnjene. "Nosilci" deformacije so medfazne, dvojne in medkristalitne meje. Po segrevanju deformiranzlitine se pojavijo notranje napetosti, ki poskušajo kovini vrniti prvotno obliko.
Narava spontanega okrevanja je odvisna od mehanizma prejšnje izpostavljenosti in temperaturnih pogojev, pod katerimi je potekala. Najbolj zanimiva je večkratna cikličnost, ki lahko znaša več milijonov deformacij.
Kovine in zlitine z učinkom spomina oblike imajo še eno edinstveno lastnost - nelinearno odvisnost fizikalnih in mehanskih lastnosti materiala od temperature.
Sorte
Zgornji postopek ima lahko več oblik:
- superplastičnost (superelastičnost), pri kateri lahko kristalna struktura kovine prenese deformacije, ki znatno presegajo mejo tečenja v normalnem stanju;
- enojni in reverzibilni spomin oblike (v slednjem primeru se učinek večkrat ponovi med termičnim kolesarjenjem);
- duktilnost pretvorbe naprej in nazaj (akumulacija napetosti med hlajenjem oziroma segrevanjem pri prehodu skozi martenzitno transformacijo);
- reverzibilni pomnilnik: pri segrevanju se najprej obnovi ena deformacija, nato pa z nadaljnjim dvigom temperature še ena;
- usmerjena transformacija (akumulacija deformacij po odstranitvi bremena);
- psevdoelastičnost - povrnitev neelastičnih deformacij iz elastičnih vrednosti v območju 1-30%.
Vrnitev v prvotno stanje za kovine z učinkomspomin oblike je lahko tako intenziven, da ga ni mogoče zatreti s silo, ki je blizu natezne trdnosti.
Materiali
Med zlitinami s takšnimi lastnostmi so najpogostejši titan-nikelj (49–57 % Ni in 38–50 % Ti). Imajo dobro zmogljivost:
- visoka trdnost in odpornost proti koroziji;
- pomemben faktor okrevanja;
- velika vrednost notranje napetosti ob vrnitvi v začetno stanje (do 800 MPa);
- dobra združljivost z biološkimi strukturami;
- učinkovita absorpcija vibracij.
Poleg titanovega niklida (ali nitinola) se uporabljajo tudi druge zlitine:
- dvokomponentni - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- trikomponentni - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si in drugi.
Legirni dodatki lahko močno premaknejo temperaturo martenzitne transformacije, kar vpliva na redukcijske lastnosti.
Industrijska uporaba
Uporaba učinka spomina oblike omogoča reševanje številnih tehničnih težav:
- ustvarjanje tesnih cevnih sklopov, podobnih metodi razširjanja (prirobnične povezave, samozatezne sponke in spojke);
- proizvodnja vpenjalnih orodij, prijemal, potisnikov;
- oblikovanje"supervzmeti" in akumulatorji mehanske energije, koračni motorji;
- ustvarjanje spojev iz različnih materialov (kovina-nekovina) ali na težko dostopnih mestih, ko varjenje ali spajkanje postane nemogoče;
- proizvodnja pogonskih elementov za večkratno uporabo;
- tesnjenje ohišja mikrovezij, vtičnic za njihovo povezavo;
- proizvodnja temperaturnih regulatorjev in senzorjev v različnih napravah (požarni alarmi, varovalke, ventili toplotnih motorjev in drugo).
Ustvarjanje tovrstnih naprav za vesoljsko industrijo (samonastavljive antene in sončne plošče, teleskopske naprave, orodja za inštalacijska dela v vesolju, pogoni za rotacijske mehanizme - krmila, rolete, lopute, manipulatorji) ima velike možnosti. Njihova prednost je odsotnost impulznih obremenitev, ki motijo prostorski položaj v prostoru.
Uporaba zlitin s spominom oblike v medicini
V medicinski znanosti o materialih se kovine s temi lastnostmi uporabljajo za izdelavo tehnoloških naprav, kot so:
- koračni motorji za raztezanje kosti, ravnanje hrbtenice;
- filtri za krvne nadomestke;
- naprave za fiksiranje zlomov;
- ortopedski aparati;
- objemke za vene in arterije;
- deli črpalke za umetno srce ali ledvico;
- stenti in endoproteze za implantacijo v krvne žile;
- ortodontske žice za korekcijo zob.
Slabosti in možnosti
Kljub velikemu potencialu imajo zlitine s spominom oblike pomanjkljivosti, ki omejujejo njihovo široko uporabo:
- drage kemijske komponente;
- zapletena proizvodna tehnologija, potreba po uporabi vakuumske opreme (da bi se izognili vključevanju nečistoč dušika in kisika);
- fazna nestabilnost;
- nizka obdelovalnost kovin;
- težave pri natančnem modeliranju obnašanja struktur in izdelave zlitin z želenimi lastnostmi;
- staranje, utrujenost in razgradnja zlitin.
Obetavna smer razvoja tega področja tehnologije je ustvarjanje premazov iz kovin z učinkom spomina oblike, pa tudi izdelava takšnih zlitin na osnovi železa. Kompozitne strukture bodo omogočale združevanje lastnosti dveh ali več materialov v eni tehnični rešitvi.
