Historia de desarrollo de aleación con memoria de forma

La aleación con memoria de forma es un tipo de material con memoria de forma con excelentes propiedades. Cuando se ve afectado por una fuerza externa o un cambio magnético, puede mantener su estado anterior, que se denomina efecto de memoria de forma. La aplicación de estos materiales es muy simple, en la que los materiales son fáciles de deformar mediante la aplicación de fuerza externa. Cuando se calientan a cierta temperatura por calentamiento externo o interno, se encogerán o volverán a su forma original. En 1932, los físicos suecos descubrieron por primera vez este efecto de memoria de forma en la aleación Au CD. Para 1938, Greninger y Mooradian observaron por primera vez este efecto de memoria de forma en las aleaciones de Cu Zn y Cu Sn. Hasta 1969, SMA se aplicó con éxito comercialmente por primera vez. La compa?ía Raychem aplicó con éxito la aleación NiTi como una junta de tubería al sistema de presión de aceite del caza F14 en los Estados Unidos, y logró un buen rendimiento de sellado del sistema de presión de aceite.

Efecto memoria de forma

El efecto de memoria de forma de la aleación con memoria de forma está esencialmente relacionado con la transformación martensítica en la aleación. La aleación con memoria de forma existe en forma de austenita a temperatura más alta y martensita a temperatura más baja. Cuando la AME se calienta, comienza a cambiar de la fase martensítica a la fase austenítica. Como es

Se define como la temperatura a la que comienza la transformación austenítica, y AF como la temperatura a la que termina la transformación austenítica. Cuando la SMA se calienta por encima de la temperatura, la fase martensítica volverá gradualmente a la fase de austenita y volverá a la forma original a alta temperatura, que también puede llevarse a cabo bajo condiciones de alta carga. En el proceso de enfriamiento, la temperatura inicial de austenita a martensita se define como MS, y la temperatura al final de la transformación de martensita se define como MF. La temperatura a la cual la transformación martensítica ya no es inducida por el estrés se define como MD. Por encima de esta temperatura, la SMA se deforma bajo la acción de una fuerza externa e inmediatamente vuelve a su forma original después de la descarga. Las aleaciones con memoria de forma tienen tres tipos diferentes de efectos de memoria (como se muestra en la Figura 1), que se caracterizan de la siguiente manera:

Effect Efecto de memoria unidireccional. Cuando se reduce la temperatura, la aleación se deformará y luego volverá al estado anterior a la deformación al aumentar la temperatura, es decir, hay un efecto de memoria de forma en el proceso de calentamiento;

② Two way memory effect. When the alloy returns to the state at high temperature during heating, and returns to the shape at low temperature when the temperature is reduced. Because the two-way memory effect can only be obtained through proper “training” process and the strain at high temperature will be greatly reduced, so it has less commercial application. Heat force cycling is a kind of “training” method to realize the two-way shape memory effect. It achieves the purpose of “training” by cycling between austenite and specific martensite variants;

Effect Efecto de memoria de proceso completo. Se refiere al estado cuando la aleación se recupera a alta temperatura durante el proceso de calentamiento. Cuando la temperatura se reduce a baja temperatura, la forma cambia a la forma opuesta cuando cambia a alta temperatura.

The shape memory effect is a non diffusion solid phase martensitic transformation. In addition, there are other phase transformation processes related to shape memory, such as R-phase transformation, which generally occurs in an intermediate phase transformation from austenite to martensite. There is thermal hysteresis in the reverse transformation of martensite, which is an index to measure the temperature difference between heating and cooling (i.e. Δ t = af-ms). This thermal hysteresis property is very important, and the thermal hysteresis of SMA material needs to be considered carefully in the process of target technology application, for example, for fast drive application, smaller thermal hysteresis is needed, while for pipeline connection, larger thermal hysteresis is needed to ensure that the predefined shape is maintained in a larger temperature range. The physical and mechanical properties (thermal conductivity, thermal expansion coefficient, resistivity, Young’s modulus, etc.) of some SMA before and after phase transition are also different. Austenite phase structure is relatively hard and has higher Young’s modulus, while martensite structure is softer and more malleable, that is, it can be easily deformed by applying external force.

Introducción de materiales de aleación con memoria de forma

La aleación con memoria de forma NiTi se ha utilizado ampliamente en campos biomédicos como stent de aleación, dispositivos médicos mínimamente invasivos, cirugía ortopédica, cirugía cerebral y estomatología debido a su excelente biocompatibilidad y propiedades mecánicas.

Sin embargo, debido a las limitaciones obvias o las deficiencias de SMA, como el alto costo de fabricación, la deformación recuperable limitada y la temperatura de servicio, se están explorando otros tipos de materiales con memoria de forma.

Aleación de memoria de forma de alta temperatura

Debido a los requisitos cada vez más altos para la temperatura de servicio de la aleación con memoria de forma a alta temperatura, muchos investigadores han aumentado la temperatura de servicio de la aleación con memoria de forma al agregar la aleación del tercer elemento en aleación de NiTi. De hecho, la aleación con memoria de forma a alta temperatura se define como la aleación con memoria de forma que se puede usar por encima de 100 ℃, pero debido a la gran

Most high temperature shape memory alloys show poor ductility and fatigue resistance at room temperature, so it is difficult to process and “train”, so the cost of manufacturing them is very expensive. Ferromagnetic shape memory alloy

En comparación con la aleación de memoria de forma con control de temperatura tradicional, la aleación de memoria de forma ferromagnética tiene una tensión de salida mayor y una frecuencia de respuesta más alta. Esto se debe a que la energía se propaga a través del campo magnético durante el proceso de servicio y no se ve afectada por las condiciones de conductividad térmica y disipación de calor del material de aleación. Su efecto de memoria de forma es excitar a los gemelos a través del campo magnético externo.

La reorientación preferida entre las variantes martensíticas da como resultado la deformación macro de la aleación. La aleación de memoria de forma ferromagnética no solo puede proporcionar la misma potencia específica que la aleación de memoria tradicional, sino que también puede transmitir a una frecuencia más alta. Sin embargo, en general, la aleación de memoria de forma ferromagnética encontrará problemas de dise?o similares con la aleación de memoria tradicional en el proceso de aplicación. Además, la dureza de la aleación con memoria de forma ferromagnética es muy grande y quebradiza, por lo que solo se puede procesar y operar a baja temperatura. Por lo tanto, es difícil moldear y moldear la aleación con memoria de forma ferromagnética, y actualmente no es adecuada para entornos de alta temperatura y alta resistencia. Por lo tanto, aún es necesario estudiar más a fondo la aleación ferromagnética de memoria de forma existente para mejorar aún más el rendimiento del material.

aleación de memoria de forma ferromagnética

En comparación con la aleación de memoria de forma con control de temperatura tradicional, la aleación de memoria de forma ferromagnética tiene una tensión de salida mayor y una frecuencia de respuesta más alta. Esto se debe a que la energía se propaga a través del campo magnético durante el proceso de servicio y no se ve afectada por las condiciones de conductividad térmica y disipación de calor del material de aleación. Su efecto de memoria de forma es estimular la reorientación preferida entre las variantes gemelas de martensita a través del campo magnético externo. Se produce la macroformación de la aleación. La aleación de memoria de forma ferromagnética no solo puede proporcionar la misma potencia específica que la aleación de memoria tradicional, sino que también puede transmitir a una frecuencia más alta. Sin embargo, en general, la aleación de memoria de forma ferromagnética encontrará problemas de dise?o similares con la aleación de memoria tradicional en el proceso de aplicación. Además, la dureza de la aleación con memoria de forma ferromagnética es muy grande y quebradiza, por lo que solo se puede procesar y operar a baja temperatura. Por lo tanto, es difícil moldear y moldear la aleación con memoria de forma ferromagnética, y actualmente no es adecuada para entornos de alta temperatura y alta resistencia. Por lo tanto, aún es necesario estudiar más a fondo la aleación ferromagnética de memoria de forma existente para mejorar aún más el rendimiento del material.

Material de película con memoria de forma

Debido a la aplicación de materiales de aleación con memoria de forma en sistemas mecánicos, especialmente en micro actuadores, las películas de aleación con memoria de forma han sido ampliamente estudiadas. Los materiales de película delgada con memoria de forma generalmente se usan como películas delgadas independientes para convertirse en microaccionadores. En el rápido desarrollo de MEMS, la película delgada NiTi se ha convertido en la primera opción a nivel micro

El actuador, debido a su excelente rendimiento de memoria de forma y alta frecuencia, aún puede mantener una gran potencia de salida. Se espera que los micro controladores de NiTi basados en películas de NiTi pulverizadas ocupen una gran parte del mercado comercial, especialmente para micro dispositivos médicos y aplicaciones implantables. Sin embargo, la aplicación de materiales de película delgada con memoria de forma en algunos campos con temperatura ambiente superior a 100 ℃ es limitada, como el motor de automóvil, alarma de incendio y turbina de aviación, por lo que en los últimos a?os, la investigación sobre materiales de película delgada con memoria de forma de alta temperatura con Se ha aumentado la temperatura de cambio de fase por encima de 100 ℃.

Tendencia de desarrollo de aleación con memoria de forma

(1) Desarrollar nuevos o mejorar los materiales de memoria de forma existentes, por ejemplo, para agregar terceros elementos de aleación apropiados en el sistema de aleación de memoria de forma, mejorar su transformación martensítica y lograr un control preciso de su proceso de transformación a nivel micro.

(2) La aleación con memoria de forma con excelentes propiedades funcionales se puede combinar con otros materiales con buenas propiedades estructurales para cumplir con los requisitos de aplicaciones especiales de campo.

(3) Para satisfacer la demanda de aplicación comercial, debemos aumentar su aplicación comercial y mejorar el método de preparación para la producción a gran escala.