(SMA)آلیاژهای حافظه دارShap Memory Alloys

مقدم�������������������������������������������������������������هم�وادي ک�ه ب�اعث س�ازگاري س�ازه ب�ا محي�ط خ�ود مي ش�وند، م�واد

مح�رک نامي�ده مي ش�وند. اين م�واد مي توانن�د ش�کل، س�فتي، مک�ان،

فرک�انس ط�بيعي و س�اير مشخص�ات مک�انيکي را در پاس�خ ب�ه دم�ا و ي�ا

مي�دان ه�اي الکترومغناطيس�ي تغي�ير دهن�د. ام�روزه پنج ن�وع م�اده

آلياژه��اي 1:مح��رک ب��ه ط��ور عم��ده اس��تفاده مي ش��ود ک��ه ش��امل

مغناطيس���ي م���واد 3:س���راميکهاي پيزوالکتري���ک 2:حافظ���ه دار

مي باش�ند. مگنتورئولوژيک�ال: 5مايع�ات الکترورئولوژک�ال و 4: س�خت

اين م�واد از زم�ره م�واد هوش�مند مح�رک مي باش�ند. م�واد هوش�مند

آن دس��ته از م��وادي هس��تند ک��ه مي توانن��د ب��ه تغي��يرات محي��ط ب��ه

به�ترين ش�کل ممکن پاس�خ داده و رفت�ار خ�ود را نس�بت ب�ه تغي�يرات

.تنظيم نمايند

: دار حافظه آلیاژهایشیمیایی ترکیب با اگر که هستند مواد از جدیدی گروه دار حافظه آلیاژهای

به بازگشت توانایی ، گیرند قرار مناسبی حرارتی عملیات تحت مشخWص.    دهند می نشان خود از را شده تعیین قبل از اندازه یا شکل

باالی تا را آنها اگر كه دارند را توانایی داراین حافظه آلياژهاي واقع در. بود خواهند خود اولیه شكل بازیابی به قادر ، كنیم گرم ای ویژه دمای

) انرژی ) به را الکتریکی گرمایی انرژی تبدیل قابلیت مواد این همچنینکنترل الکتریکی جریان با آلیاژها این کردن وسرد گرم واگر دارند مکانیکی

ایجاد متوالی دفعات در تکرار قابلیت با سیکلی حرکتهای میتوان شود؛کرد.

دهند : مي نشان خود از همتا بي مشخصه دو دار حافظه آلياژهاي

1: Shape Memory Effect ( اي حافظه (رفتار

2: Pseudoelastic Behavior ) االستيك شبه (رفتار

از : است عبارت آلیاژها این دیگر های ویژگیخواص باال، نسبتا الكتریكی ویژه مقاومت ، باال خوردگی به مقاومت

انطباق قابلیت و باال پذیری شكل ، طوالنی خستگی ، خوب نسبتا مكانیكیپزشكی . صنایع و فضا هوا صنایع در آلیاژها این كاربرد مهمترین بدن با

است.

شامل موارد بیشتر در آلیاژها این Ni-Ti ، Cu-Zn-Al ، Cu -Al-Ni

آلیاژ مقاله این در كه است . Ni-Ti هستند بحث مورد

سال - 1961در درصد با تيتانيوم نيکل آلياژ در شکل داري حافظه اثر

مساوي ) اوردنانس%( 50-50اتمي ناوال آزمايشگاه در و بوهلر توسط (Naval Ordanance Lab) نيتينول نام تحت و مشهور (Nitinol) کشف

به. مربوط بعدي حرف دو نيکل، با ارتباط در نيتينول اول حرف دو شداورد ناول آزمايشگاه با رابطه در آخر حرف سه و تيتانيوم مي نعنصر انس

.باشد

با رابطه در کند مي کنترل را دار حافظه آلياژهاي خواص که اصلي مکانيزم . پايين دماي در مارتنزيتي ساختار که معني اين به است آلياژ کريستالي تغيير

کردن؛ سرد هنگام در و شود مي تبديل آستنيتي ساختار به دما افزايش با . اما دارند مارتنزيتي استحاله مواد، از بسياري داد خواهد رخ عکس فرآيندنمايد مي متمايز ديگر آلياژهاي به نسبت را دار حافظه آلياژهاي که برتري

. مواد حاليکه در باشد مي مارتنزيت فاز در آلياژ اين شدن قلو دو قابليتآلياژهاي يابند، مي شکل تغيير نابجائيها حرکت و لغزش وسيله به ديگر

طريق از و خود کريستالهاي ساختار ساده جهت تغيير وسيله به دار حافظه . دهند مي نشان العمل عکس شده، اعمال تنشهاي به قلوئي دو مرزهاي

است، حاکم مارتنزيت فاز هنگاميکه پائين، دماي در آلياژها اين در اگرآلياژ براي اي شده قلو دو کريستالي ساختار دهد، روي پالستيکي تغيير فرم . آلياژ گرم کردن با باشد مي پالستيک فرم تغيير از ناشي که شود مي ايجاد

. بازگرداند را اوليه شکل مي توان آستنيت فاز شروع دماي تا يافته فرم تغيير - فاز تغيير از حاصل و مي شود خوانده شکل حافظه اثر بعنوان توانائي اين

مي باشد باال دماي در آستنيت فاز به پائين دماي در .مارتنزيت

مقدار د به مارتنزيتي � كامال حالت در نمونه داري، حافظه پديده رو نمونه كردن گرم با سپس شود مي داده فرم تغيير معيني

خود اول حالت به نيز نمونه شكل آستيني، حالت به آن برگشتگردد . بر

شكلي ( 1شكل ) داري حافظه پديده كننده توصيف مكانيكي حرارتي سيكل

دار -1 حافظه پديده و مارتنزيتي هاي حالت تغيير شدن:

پذير امكان زير طريقه دو از جامدات متالورژيكي حالت تغييراست .

با( 1 زمان و حرارت درجه به وابسته ها اتم جابجايي و حركت. قبلي زمينه به نسبت جديد فاز شيميايي تركيب در تغيير

بدون( 2 و دما به وابسته هماهنگ صورت به اتمي آرايش تغييرفاز شيميايي تركيب در تغييري هيچگونه و زمان به وابستگي

قبلي . زمينه به نسبت جديدداراي و است مرتبط دوم طريقه به مارتنزيتي هاي حالت تغيير

: است زير مشخصاتبه( 1 ها اتم آن در و باشد مي برشي شبه صورت به مكان تغيير

. شود مي جابجا گروهي و هماهنگ صورت2 . افتد( نمي اتفاق آن در اتمي ديفوزيون

و بوده مرتبط اول مشخصه به � كامال شدن دار حافظه رفتاربخورد هم به نبايد آلياژ هاي اتم .نظم

2- : مارتنزيتي كريستالوگرافيكريستالوگرافي لحاظ از مارتنزيت به آستنيت تبديل حالت تغيير

است . بررسي قابل مرحله سه دراي- 1 شبكه فرم تغييرناهمگن- 2 برشاي- 3 شبكه دوران

اي شبكه فرم تغيير مرحله در مارتنزيت به آستنيت تبديل فرآيندشكل جابه . 2در با ها اتم مرحله اين در است شده داده نشان

اتمي اليه هر از مشترك فصل پيشروي هماهنگ، و جزئي جاييشوند مي موجب .را

 

تغيير و حجم تغيير بدون داري حافظه پديده داشت توجه بايدمطالب اين كننده توجيه ناهمگن برش و بوده پذير امكان شكل

. باشد مياست : پذير امكان طريق دو به مارتنزيت در ناهمگن برش

اتمي( 1 صفحات يافتن لغزش مكانيزيمها( 2 دوقلويي تشكيل مكانيزيم

 

را آستنيت فاز بر مارتنزيت فاز انطباق چگونگي شده داده نشان تصاويرنشان كريستالي شبكه حفظ با اتمها گروهي و جزيي جابجايي هنگام در

. دهد ميهاي باند شدن شكسته علت به اتمي صفحات لغزش كه داشت توجه بايد

در شود، مي محسوب دائم پالستيك فرم تغيير مكانيزيم بعنوان اتميو دوقلويي مرز پايين انرژي علت به قلويي دو مكانيزيم در كه صورتي

. در است دائم غير فرم تغيير نسبي لغزندگي و تحرك از برخوردارييك تشكيل اثر در حالت تغيير از ناشي هاي كرنش ، دار حافظه آلياژهاي

براي و شوند مي سازي ذخيره مرز طرف دو هاي دوقلويي از جفت

. شود مي استفاده آن از پذيري برگشت

از( 4( شكل يك هر و دهد مي نمايش را دوقلويي مرزرا ريانت وا يك دوقلويي مرز طرف دو هاي دوقلويي

. به برشي تنش كردن وارد صورت در شود مي شاملو شده ها واريانت از يكي حركت باعث قلويي دو مرز

شود مي حذف ديگري ).واريانت 4شكل ،B) روند اينواحد واريانت يك به واريانت تمامي تبديل تا تواند مي

يابد )ادامه 4شكل ، C) .

در آستنيت كريستال تك در داري حافظه پديده بررسياست 5شكل شده داده نمايش .

كريستال كردن سرد از بعد پيداست شكل از كه همانطور اول مرحلهدماي زير هاي Mf در شوند D و C و B و A واريانت مي تشكيل

به شروع واريانتها ، كريستال به تنش كردن وارد با دوم مرحلهواحد واريانت تا كنند مي شدن حذف و . A حركت حين گردد تشكيلواحد واريانت واريانت A تشكيل جهت در هايي مي Aكرنش ذخيره

براي. نمونه كريستال دادن حرارت به مربوط سوم مرحله شوددر تنها ها كرنش آنجاييكه از باشد مي آستينت به مارتنزيت تبديل

واريانت برگشت A جهت براي مسير تنها پس اند، شده ذخيرهواريانت گردد A پذيري، مي باز خود اوليه شكل به نمونه و باشد .مي

3- : ترمومكانيكي رفتارداراي مختلف هاي حرارت درجه در دار حافظه هاي آلياژ

شكل در باشند مي بسياري مكانيكي هاي 6خصوصيات منحني . - شود - مي مشاهده نيكل تيتانيم آلياژ براي كرنش تنش ساده

مورد استحاله دماي باالي و متوسط ، پايين دماهاي در آلياژ . در چند با مارتنزيت در شكل تغيير است گرفته قرار آزمايش

حاليكه . در شود مي ديده كم � نسبتا فشاري تنش و كرنش صدبراي زيادي نسبتا تنش به نياز باال حرارت درجه در آستنيت . نمايانگر مارتنزيت منحني روي چين خط دارد شكل تغيير

گرم از بعد شده وارد تنش برداشتن از بعد آلياژ پذيري برگشتكه چنانچه ولي باشد مي آستنيت فاز به تبديل و نمونه كردن

برداشتن با آستينت به مربوط منحني در شود مي مشاهدهندارد وجود پذيري برگشت امكان نمونه كردن گرم و .تنش

4- : كاذب ارتجاعي خاصيتدرقسمت - كرنش تنش منحني درباره توجه جالب خصوصيت

. C منحني دادن حرارت از پس كه طوري به شود مي ديدهحرارت درجه در ، انتقال حرارت درجه از باالتر كمي نمونه

. Af باالي با شود مي وارد تنش مارتنزيت فاز در نمونه بهيكنواخت صورت به نيز شكل تغيير ، تنش مقدار افزايش

يابد مي و .(AB منحني) افزايش شكل تغيير رفتار هنگام اين درتنش كاهش با شود مي مشاهده پايداري ( CD منحني ) تنشكه داشت توجه بايد شود مي تبديل آستينت به مارتنزيت

نمي نمونه حرارت تغيير خاطر به شده انجام پذيري برگشت . مي موجب كه را پديده اين است فشار كاهش آن دليل و باشدخاصيت عنوان به كند پيدا نامحدود كشساني خاصيت آلياژ شود

شود مي ناميده كاذب .ارتجاعي

5- : طرفه دو و طرفه يك دار حافظه اثر

طرفه ( : يك دار حافظه اثر الفشكل تغيير از بعد فقط داري حافظه اثر صورتيكه در

كردن گرم سيكل در سپس و مارتنزيتي حالت درمي گفته طرفه يك حافظه اثر آن به شود مشاهده

شكل. تغيير حالت اين در كه است معني بدان اين شوداز قبل اوليه حالت به كردن گرم با فقط ، شده ايجاد

سرد دوباره را جسم چنانچه و گردد مي باز شكل تغييرشود نمي حاصل آن شكل در تغييري نخستین. كنيم

فضایی صنایع در پدیده این از صنعتی مهم استفادهبود . فضایی های ماهواره نصب برای آمریکا

شماره این شكل در شده 7خصوصيت داده نمايش .است

در فنر ابتدا شود مي مشاهده تصوير در كه همانطوربه Mf دماي شود مي داده فرم تغيير معيني مقدار به

اگر حال بماند باقي آن در دائمي فرم تغيير صورتيكهدماي تا را شده داده فرم تغيير دهيم Af فنر حرارت

سرد سيكل در و گردد مي بر خود اوليه شكل به � مجددادماي تا فن���ر Mf شدن در شكلي تغيير هيچگونهشود نمي .مشاهده

طرفه( : دو دار حافظه اثر بهاي آلياژ كردن گرم و سرد اثر در خود اوليه حالت به پذيري برگشت

شكل . در است پذير امكان دما از معيني بازه در طرفه دو دار 8حافظهو آستيني حالت در شده باز صورت به طرفه دو دار حافظه اثر با فنر يك

. است شده داده نشان مارتنزيتي حالت در شده جمع شكل

 سيكل در و شده باز شود گرم فنر اگر شود مي مشاهده كه همانطور

. آيد مي در شده جمع شكل به � مجددا شدن سرددو دار حافظه اثر اينكه براي دار حافظه هاي آلياژ كه داشت توجه بايدبر خاصي ترمومكانيكي عمليات انجام به نياز دهند نشان خود از طرفه

باشد مي آنها .روي

دار : 6 حافظه آلیاژهای کاربرد ـمی بندی دسته عمده گروه سه در ، مواد این اصلی کاربرد

شوند :االستیک سوپر وسایل ــ

دار حافظه عملگرهای ــمارتنزیتی وسایل ــ

االستیک* سوپر وسایل

قابلیت یا و باال پذیری انعطاف که کاربردهایی در االستیک سوپر وسایلاین . گیرند می قرار استفاده مورد ، باشد نیاز زیاد گشتاوری نیروی تحمل

. ، مواد این جمله از دارند را کرنش از زیادی مقادیر جذب توانایی موادحدود Ti�Ni آلیاژ در آنها االستیسیته که باشد است . 10می فوالد برابر

خود از را کرنش از وسیعی محدوده ، ثابت نیروی یک با همچنین مواد اینهستند . مقاوم بسیار پیچش مقابل در و دهند می نشان

همراه های تلفن آنتن شامل االستیک سوپر وسایل کاربرد از هایی مثالهای فایل و ماهیگیری های سیم ، عینک قاب ، گیر ضربه وسایل ، سلوالر

باشد می دندانپزشکی در ریشه . کانال

دار * حافظه عملگرهایتحت جسم ویژه شکل بازیابی برای داری حافظه اثر از وسایل این در

همچنین . اثر این از شود می استفاده حالت تغییر دمای از باالتر دماییشود . می استفاده کار انجام یا و نیرو ایجاد برای

آندوسکوپ ، اتصاالت و ها بست شامل نیز کاربرد نوع این از هایی مثالهای ،سوئیچ حرارتی های کننده فعال ، انرژی مبدل موتورهای ، فعال های

باشد . می ها استنت و ها استخوان دهنده اتصال دار، حافظه حرارتیمارتنزیتی* وسایل

ماده به را آنها ، دار حافظه آلیاژهای در مارتنزیت فاز نظیر بی خواصمارتنزیتی . استحاله است نموده تبدیل کاربردها از بسیاری برای مناسبی

انرژی جذب برای خوبی بسیار قابلیت دوقلویی ساختار داشتن دلیل بهبسیار . خستگی مقاومت آلیلژها این در مارتنزیتی دیگرفاز طرف از دارد

از . توان می نتیجه در دهد می فرم تغییر راحتی به بعالوه و دارد خوبیو باال خستگی مقاومت با های سیم ، ارتعاش های کننده جذب در مواد این

نمود استفاده مکرر شدن خم با جراحی . ابزار

SMA applications

Biomedical applications: orthodontic,

orthopedic, guide systems, stent,

glasses, micro-actuators

…. SMA applications

Superelastic effect

.… SMA applications )orthodontic)

After only 3 weeks of therapy!!

Superelastic effect:

constant force during the teeth movement

خالصه تحقیق

آلیاژه�ای حافظ�ه دار ازجمل�ه موادهوش�مند مح�رک می باش�ند ک�ه قادرن�د ب�ه تغی�یرات محی�ط پاس�خ داده و رفت�ارخود را نس�بت ب�ه تغی�یرات تنظیم کنن�د.آلیاژهای حافظ�ه دار اگرب�ا ت�رکیب ش�یمیایی مش�خص تحت عملی�ات ح�رارتی مناس�بی قرارگیرن�د،توان�ایی بازگش�ت ب�ه ش�کل ی�ا ان�دازه ازقب�ل

تعیین شده را ازخود نشان می دهند.وی�ژگی این آلیاژه�ا،مق�اومت ب�ه خ�وردگی ب�اال،مق�اومت وی�ژه الک�تریکی می ب�دن ب�ا انطب�اق وق�ابلیت ب�اال پ�ذیری ب�اال،خس�تگی ط�والنی،ش�کل

باشد.ومهمترین کاربردشان درصنایع هوافضا وصنایع پزشکی است.کاربرد اصلی این مواد ، در سه گروه عمده دسته بندی می شوند :

آنتن تلفن ه�ای هم�راه س�لوالر، وس�ایل وـسایل ـسوپر االـستیک: - 1ض�ربه گ�یر ، ق�اب عین�ک ، س�یم ه�ای م�اهیگیری و فای�ل ه�ای کان�ال ریش�ه

در دندانپزشکی بس�ت ه�ا و اتص�االت ، آندوس�کوپ ه�ای عملگرـهای حافـظه دار: -2

فع�ال ، موتوره�ای مب�دل ان�رژی ، فع�ال کنن�ده ه�ای ح�رارتی ،س�وئیچ ه�ای حرارتی حافظه دار، اتصال دهنده استخوان ها

ارتنزیتی:- 3 ـم ایل ب�ا وـس ه�ای س�یم ، ارتع�اش ه�ای کنن�ده ج�ذب مقاومت خستگی باال و ابزار جراحی با خم شدن مکرر

این ک�ه دارن�د را درفازم�ارتنزیت دوقلوش�دن ق�ابلیت دار آلیاژه�ای حافظ�ه عام�ل ب�اعث برت�ری این آلیاژه�ا نس�بت ب�ه آلیاژه�ای دیگ�ر اس�ت. مک�انیزم رابط�ه در کن�د می کن�ترل را دار حافظ�ه آلیاژه�ای خ�واص ک�ه اص�لی باتغییرکریس�تالی آلیاژاس�ت.به این مع�نی ک�ه س�اختار م�ارتنزیتی دردم�ای

پایین باافزایش دما به ساختارآستنیتی تبدیل می شود.

درپدی�ده ی حافظ�ه داری،نمون�ه درح�الت ک�امال م�ارتنزیتی ب�ه مق�دارمعینی تغی�یرفرم داده می ش�ود س�پس ب�ا گ�رم ک�ردن نمون�ه وبرگش�ت آن بح�الت

آستنیتی،شکل نمونه نیزبه حالت اول خود برمی گردد.

تغییرش�کل ایج�اد ش�ده درح�الت م�ارتنزیتی،فق�ط ب�اگرم ک�ردن ب�ه ح�الت اولی�ه قب�ل ازتغی�یر ش�کل ب�ازمی گ�ردد وچنانچ�ه جس�م را دوبارس�رد ک�نیم

این ح�الت اثرحافـظه داری تغی�یری درش�کل آن حاص�ل نمی ش�ود.به گفته می شود.یک طرفه

برگش�ت پ�ذیری ب�ه ح�الت اولی�ه دراثرس�رد وگ�رم ک�ردن آلیاژه�ای حافظ�ه اثرحافـظه دار درب�ازه ی معی�نی ازدم�ا امک�ان پذیراس�ت ک�ه ب�ه این ح�الت

گفته می شود.داری دوطرفه

آلیاژه�ای حافظ�ه دار،اثرحافظ�ه دار دوطرف�ه ازخ�ود نش�ان اینک�ه ب�رای دهند نیازبه انجام عملیات ترمومکانیکی خاص برروی آنها می باشد.