آلیاژهای حافظه دار یکی از جالب‌ترین موادی به حساب می‌آیند که در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. همانطور که از نامشان پیداست، آنها خواص خود را به یاد می‌آورند و می‌توانند تغییر شکل دهند. همین خاصیت باعث شده تا از تجهیزات زندگی روزمره گرفته تا در صنعت هوافضا، از این فلز استفاده کنند.
ما نیز در این مطلب به بررسی روش ساخت آلیاژ حافظه دار و کاربردهای آن می‌پردازیم. همراه ما باشید.
ما پیش‌تر درباره اینکه آلیاژ چیست، به طور مفصل صحبت کرده‌ایم. اما همه آلیاژها ویژگی حافظه دار بودن را در خود جای نمی‌دهند. آلیاژ حافظه دار شامل موادی است که در واقع شکل اصلی خود را در حافظه نگه می‌دارند و می‌توانند پس از تغییر شکل تحت یک محرک، به شکل اولیه خود برگردند. آنها همچنین به عنوان آلیاژهای هوشمند یا فلزات حافظه شناخته می‌شوند.
در واقع آلیاژهای حافظه دار شکلی، حتی اگر در دمایی کمتر از دمای معین تغییر شکل دهند، به سادگی با حرارت دادن به شکل اولیه خود قبل از تغییر شکل باز می‌گردند. آلیاژهایی با این ویژگی غیرمعمول به عنوان مواد کاربردی در حسگرهای دما و محرک‌ها استفاده می‌شوند.
این فلزات همچنین کیفیتی به نام فوق الاستیسیته دارند. مانند لاستیک، هنگامی که خم یا کشیده شود، با حذف نیروی تغییر شکل به شکل اولیه خود باز می‌گردد. این ویژگی بازیابی شکل باعث شده تا آلیاژهای حافظه دار در محصولات زندگی روزمره، لوازم الکتریکی و الکترونیکی و در زمینه پزشکی مورد استفاده قرار گیرند.
آلیاژ حافظه دار برای اولین بار در سال ۱۹۳۲ کشف شد. زمانی که مشاهده کردند که یک آلیاژ طلا-کادمیم می‌تواند زمانی که سرد شود، خم شود. اما با گرم شدن، می‌تواند به شکل اولیه خود بازگردد.
با این حال، در سال ۱۹۶۲ ویلیام بولر و فردریک وانگ در آزمایشگاه مهمات نیروی دریایی ایالات متحده، آلیاژ نیکل-تیتانیوم را ساختند که می‌توانست پس از تغییر شکل به شکل اولیه خود بازگردد. ابتدا این آلیاژ به عنوان نیتینول تجاری شد و از آن زمان به بعد آلیاژهای حافظه دار به یک گزینه محبوب در زمینه‌های مختلف مانند هوافضا، مهندسی عمران و دستگاه‌های زیست پزشکی تبدیل شدند.
برخی از این آلیاژها می‌توانند تحت یک محرک به شکلی متفاوت از شکل اصلی خود برگردند، بنابراین دو شکل مختلف را در خود نگه می‌دارند و آلیاژهای حافظه دار دو طرفه نامیده می‌شوند. آلیاژهای مس و آلیاژهای آلومینیوم برخی از آلیاژهای تجاری حافظه دار به حساب می‌آیند.
آلیاژهای حافظه دار شکلی، دو ساختار یا فاز کریستالی مجزا را نمایش می‌دهند. دما و تنش‌های داخلی، فازی را که فلز حافظه دار در آن قرار خواهد گرفت، تعیین می‌کند. مارتنزیت در دماهای پایین‌تر و آستنیت در دماهای بالاتر وجود دارد. هنگامی که یک آلیاژ حافظه دار به شکل مارتنزیت در دماهای پایین‌تر باشد، فلز می‌تواند به راحتی به هر شکلی تغییر شکل دهد.
هنگامی که آلیاژ گرم می‌شود، از طریق تبدیل از فاز مارتنزیت به آستنیت می رود. در فاز آستنیت، فلز حافظه شکلی را که قبل از تغییر شکل داشت، به یاد می‌آورد. در تنش کم و دمای پایین، مارتنزیت وجود دارد. در دمای بالاتر و تنش بالاتر، آستنیت وجود دارد.
فقط برخی فلزات جزو آلیاژهای حافظه دار محسوب می‌شوند که این به دلیل تغییر برگشت‌پذیری در ساختار بلوری آنهاست. در واقع آنها دو فاز مختلف با ساختارهای کریستالی و خواص متفاوت دارند. همانطور که گفتیم، یک فاز دمای بالای آن، به نام مارتنزیت و یک فاز دمای پایین به نام آستنیت شناخته می‌شود.
همچنین آنها خاصیتی به نام فوق انعطاف‌پذیری دارند که به دلیل آن، تقریبا حالت لاستیکی از خود نشان می‌دهند. این ویژگی در قاب‌های عینک استفاده می‌شود. آلیاژهای حافظه دار می‌توانند تغییر شکل بزرگی را در مقایسه با اکثر فلزات دیگر ایجاد کنند.
از آلیاژهای حافظه دار در پزشکی استفاده‌های زیادی می‌شود. برای مثال، استخوان‌های شکسته را می‌توان با آلیاژهای حافظه دار ترمیم کرد. صفحه آلیاژی دارای دمای انتقال حافظه است که نزدیک به دمای بدن است و به هر دو انتهای استخوان شکسته متصل می‌شود. با استفاده از این آلیاژ، نیروی فشاری بر استخوان شکسته در محل شکستگی وارد می‌کند. پس از بهبودی استخوان، صفحه به اعمال نیروی فشاری ادامه می‌دهد و به تقویت در طول توانبخشی کمک می‌کند. فلزات حافظه دار برای تعویض مفصل ران نیز با توجه به سطح بالایی از خاصیت ارتجاعی، کاربرد دارند.
برای رگ‌های خونی مسدود شده، یک لوله آلیاژی را خرد و وارد رگ‌های مسدود شده می‌کنند. آلیاژ حافظه دار، دارای دمای انتقال نزدیک به گرمای بدن است، بنابراین فلز حافظه دار منبسط می‌شود تا رگ‌های مسدود شده را باز کند.
این آلیاژ برای سیم‌های قوس دندانی استفاده می‌شود. آلیاژهای حافظه دار از آنجایی که در دمای ثابتی قرار دارند، شکل خود را حفظ می‌کنند. همچنین به دلیل خاصیت ارتجاعی فوق‌العاده آنها، سیم‌ها پس از اعمال تنش و حذف، شکل اولیه خود را حفظ می‌کنند.
کاربرد آلیاژ حافظه دار در صنعت مهندسی عمران را نباید فراموش کنیم. به عنوان مثال، آنها در سازه‌های پل استفاده می‌شوند و می‌توانند ارتعاشات را کاهش دهند، از این رو فرکانس طبیعی ساختارهای مختلف را تنظیم می‌کنند.
همچنین آنها در مقاوم سازی ساختمان‌هایی استفاده می‌شوند که با توجه به شرایط لرزه‌ای طراحی نشده‌اند. اتصال ستون تیر را می‌توان با استفاده از سیم های حافظه دار پیش تنیده با بتن مسلح، تقویت کرد. این به‌طور قابل توجهی مقاومت برشی و ظرفیت بارگذاری محوری آنها را افزایش می‌دهد. سیم‌های دیگر تنها زمانی که بتن شروع به انبساط می‌کند، تحت فشار قرار می‌گیرند. اما فلزات حافظه دار اینطور نیستند.
خطوطی که مایعات و گازهای بسیار قابل اشتعال و سمی را حمل می‌کنند باید کنترل زیادی برای جلوگیری از حوادث فاجعه بار داشته باشند. سیستم‌ها را می‌توان با فلزات حافظه دار طراحی کرد تا در صورت افزایش گرما، فورا خاموش شوند. این امر می‌تواند تا حد زیادی مشکلات ویرانگر را در صنایعی مثل پتروشیمی، داروسازی و دیگ‌های بزرگ نفت و گاز، کاهش دهد.
مدل‌های جدیدی از توپ‌های گلف با استفاده از فلزات حافظه دار توسعه یافته است. آلیاژهای حافظه دار در چوب‌های گلف قرار می‌گیرند. این‌ها خاصیت فوق الاستیک دارند که توپ را برای مدت طولانی‌تری روی سطح چوب گلف نگه می‌دارند.
عملکرد پره‌های هلیکوپتر به ارتعاشات بستگی دارد. با استفاده از فلزات حافظه دار در زبانه‌های کنترل برای انتهای تیغه‌ها، خلبانان می‌توانند با دقت بیشتری پرواز کنند.
در برخی از آگهی‌های بازرگانی، شرکت‌های تولید عینک فریم‌هایی را نشان می‌دهند که می‌توانند به جلو و عقب خم شوند و شکل خود را حفظ کنند. این قاب‌ها از فلزات حافظه دار ساخته شده‌اند و خاصیت ارتجاعی فوق العاده‌ای دارند.
معمولا در شیرآلات از فولاد نسوز به دلیل مقاومت حرارتی بالای آن استفاده می‌شود. اما امروزه انواع آلیاژهای حافظه دار را نیز در این بخش به کار می‌برند. آنها به عنوان سیم و لوله در کاربردهایی که سیالات داغ در آنها جریان دارد، استفاده می‌شود. این مواد بسیار ایده‌آلی به نظر می‌رسند، زیرا می‌توانند شکل خود را حتی در یک محیط گرم حفظ کنند.
آلیاژهای حافظه دار می‌توانند به عنوان محرک به دلیل توانایی آنها در تغییر شکل استفاده شوند و کاربردهای بالقوه‌ای در هواپیماها و وسایل نقلیه فضایی دارند. زیرا وزنی سبک دارند و می‌توانند به صرفه‌جویی در انرژی در مقایسه با محرک‌های مکانیکی حجیم کمک کنند. برای مثال، چند سال قبل ناسا یک محرک نیکل تیتانیوم حافظه دار را به نمایش گذاشت که برای تا کردن قسمت‌های بیرونی بال‌ها در طول پرواز استفاده می‌شد. این تغییر در زاویه بال‌های هواپیما با توجه به باد و تلاطم، به کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند.