¿Qué es la aleación con memoria de forma?
Definición de aleación con memoria de forma
La aleación con memoria de forma, denominada SMA, es un material de aleación que puede eliminar completamente su deformación a una temperatura más baja y restaurar su forma original antes de la deformación después. calentamiento , es decir, una aleación con efecto "memoria". Hay muchos ejemplos exitosos de su aplicación en el campo aeroespacial. Se podrían fabricar enormes antenas para satélites a partir de aleaciones de memoria. Antes de lanzar un satélite, la antena parabólica se pliega y se coloca dentro del satélite. Una vez lanzado el cohete para poner el satélite artificial en la órbita predeterminada, sólo es necesario calentarlo. La antena de satélite plegada se despliega de forma natural y recupera su forma parabólica gracias a su función de "memoria".
Introducción a las aleaciones con memoria de forma
Las aleaciones con memoria de forma se utilizan ampliamente en la medicina clínica, como huesos artificiales, presurizadores de fijación ósea, ortodoncia, diversos stents intraluminales y agentes embólicos cardíacos. prótesis, filtro de trombos, guía intervencionista y sutura quirúrgica, etc. Las aleaciones con memoria desempeñan un papel insustituible en la atención médica moderna. Las aleaciones con memoria también están estrechamente relacionadas con nuestra vida diaria.
Las aleaciones con memoria de forma tienen un efecto de memoria de forma. Tomemos como ejemplo los resortes hechos de aleaciones con memoria. Si coloca un manantial en agua caliente, la longitud del manantial se alargará inmediatamente y luego, en agua fría, se recuperará inmediatamente. Los resortes de aleación con memoria de forma se pueden utilizar para controlar la temperatura del agua de las tuberías de agua del baño: cuando la temperatura del agua caliente es demasiado alta, la tubería de suministro de agua se puede ajustar o cerrar mediante la función "memoria" para evitar quemaduras. También se puede convertir en dispositivos de alarma contra incendios y dispositivos de seguridad para equipos eléctricos. Cuando ocurre un incendio, el resorte hecho de aleación con memoria se deforma y activa el dispositivo de alarma contra incendios para lograr el propósito de dar la alarma. También puede colocar un resorte hecho de aleación con memoria en la válvula de calefacción para mantener la temperatura del invernadero y abrir o cerrar automáticamente la válvula de calefacción cuando la temperatura es demasiado baja o demasiado alta. El efecto de memoria de forma de las aleaciones con memoria de forma también se utiliza ampliamente en varios activadores de sensores de temperatura.
Otra propiedad importante de las aleaciones con memoria de forma es la pseudoelasticidad, también llamada superelasticidad, que se manifiesta en el hecho de que bajo la acción de fuerzas externas, las aleaciones con memoria de forma tienen una capacidad de recuperación de deformación mucho mayor que los metales comunes. , es decir, cuando se carga, la gran deformación se recuperará con el retiro de la instalación [2-3]. Esta eficiencia ha sido ampliamente utilizada en medicina, construcción de absorción de impactos y en la vida diaria. Por ejemplo, los huesos artificiales antes mencionados, dispositivos de fijación y compresión de huesos lesionados, ortodoncistas, etc. [4]. Las monturas de gafas fabricadas con aleaciones con memoria de forma pueden soportar una deformación mucho mayor que los materiales ordinarios sin sufrir daños, en lugar de utilizar el efecto de memoria de forma para recuperarse después de la deformación y el calentamiento.
Aplicaciones de las aleaciones con memoria de forma
Las aleaciones con memoria de forma tienen muchas propiedades excelentes y se utilizan ampliamente en el campo aeroespacial, mecatrónico, biomedicina, construcción de puentes, industria automotriz y vida diaria, etc.
Industria aeronáutica y aeroespacial
Las aleaciones con memoria de forma se han utilizado en equipos aeronáuticos y aeroespaciales. Por ejemplo, Europa y Estados Unidos están desarrollando materiales de aleación con memoria de forma para rotores horizontales inteligentes de helicópteros. Debido al uso limitado de los helicópteros debido a su alta vibración y ruido, las principales fuentes de ruido y vibración son la interferencia de los vórtices de las palas y ligeras desviaciones en el perfil de las palas. Esto requiere un dispositivo para equilibrar el paso de las palas de modo que cada pala pueda girar con precisión en el mismo plano. Se ha desarrollado un controlador de trayectoria de la pala que utiliza un pequeño actuador de aleación con memoria de forma de doble tubo para controlar la posición del ala en la trayectoria del borde de la pala para minimizar su vibración.
También se puede utilizar para fabricar antenas lunares y explorar los misterios del universo. La gente usa aleaciones con memoria de forma para fabricar antenas a altas temperaturas y luego las comprime en una pequeña bola de hierro a bajas temperaturas, reduciendo su volumen a una milésima parte de su tamaño original, para que pueda transportarse fácilmente a la Luna y exponerse a la luz. intensidad del sol. La radiación lo restaurará a su forma original y enviará información cósmica valiosa a la Tierra cuando sea requerida.
Además, en los satélites se utilizan dispositivos de liberación con memoria de forma con contenedores que se pueden abrir para proteger los sensibles detectores de germanio de la contaminación durante el montaje y el lanzamiento.
Productos mecánicos y eléctricos
En 1970, Estados Unidos utilizó aleaciones con memoria de forma para fabricar conectores de acoplamiento de baja temperatura para el F-14 en combate, y a partir de entonces se utilizaron millones de conectores. [5] . Las aleaciones con memoria de forma se utilizan como líneas de conexión coincidentes de baja temperatura en sistemas hidráulicos de aviones y pequeños productos de la industria petrolera, petroquímica y eléctrica. Otra forma de conector es la malla soldada, una junta de seguridad trenzada de alambre que se utiliza para fabricar conductores.
Este tipo de conector se ha utilizado en dispositivos de sellado, dispositivos de cableado eléctrico y dispositivos de maquinaria de ingeniería electrónica, y puede funcionar de manera confiable a -65~300 ℃. El dispositivo del sistema de sellado desarrollado se puede utilizar como cable de conexión para componentes eléctricos en entornos hostiles [6].
Las aleaciones con memoria de forma se convierten en resortes que abren y cierran el obturador para proteger las luces antiniebla de los escombros voladores. Se utiliza para fabricar instrumentos de precisión o tornos de precisión. Una vez deformado debido a vibraciones, colisiones, etc., sólo el calentamiento puede eliminar la falla. En el proceso de fabricación de maquinaria, diversas operaciones mecánicas y de estampado a menudo requieren la transferencia de piezas de una máquina a otra. Hoy en día, se utilizan aleaciones con memoria de forma en lugar de manuales o hidráulicas para desarrollar pinzas. Este dispositivo se llama cilindro impulsor y tiene las características de alta eficiencia, flexibilidad y gran fuerza de sujeción.
Tratamiento biomédico
Las aleaciones médicas con memoria de forma de TiNi no solo deben utilizar su efecto de memoria de forma o superelasticidad, sino que también deben cumplir con los requisitos químicos y biológicos, es decir, una buena biocompatibilidad. TiNi puede formar una película de pasivación estable con organismos vivos. Las principales aplicaciones de la aleación de TiNi en medicina son:
El alambre de ortodoncia está hecho de alambre de aleación de TiNi superelástico y alambre de acero inoxidable, entre los cuales el alambre de aleación de TiNi superelástico es el más adecuado. Los alambres de acero inoxidable y los alambres de aleación de CoCr se utilizan generalmente en ortodoncia, pero estos materiales tienen las desventajas de un alto módulo elástico y una pequeña deformación elástica. Para proporcionar la fuerza de corrección adecuada, se debe procesar en forma de arco antes de la corrección, y la ligadura y fijación requieren habilidad. Si se utiliza una aleación de TiNi como alambre de ortodoncia, no se producirá deformación plástica incluso si la deformación es tan alta como el 10%. La transformación de martensita inducida por la tensión hace que el módulo elástico presente características no lineales, es decir, la fuerza de corrección no fluctúa mucho. cuando la tensión aumenta. Este material no sólo es fácil de operar y tiene un buen efecto curativo, sino que también puede reducir el malestar del paciente.
b La escoliosis corrige la escoliosis de diversas enfermedades congénitas, habituales, neurológicas, raquitismo, idiopáticas y otras enfermedades. No solo el cuerpo y la mente se dañan gravemente, sino que también se comprimen los órganos internos, lo que requiere cirugía. Esta cirugía actualmente utiliza varillas Harlan de acero inoxidable para tratamiento ortopédico. Al colocar varillas ortopédicas durante la cirugía, la fuerza de corrección en la columna después de la fijación debe mantenerse por debajo de 30 a 40 kg. Una vez que la fuerza es demasiada, la varilla ortopédica se dañará. Como resultado, no solo se dañará la columna, sino que también se dañarán los nervios. Al mismo tiempo, después de colocar la varilla ortopédica, la fuerza de corrección cambiará con el tiempo. Cuando la fuerza de corrección cae a aproximadamente el 30% del nivel inicial, se requiere cirugía para ajustar la fuerza de corrección, lo que causará un gran dolor físico y mental al paciente. Las varillas Harriton hechas de aleación con memoria de forma requieren solo una colocación de la varilla ortopédica para asegurarlas. Si la fuerza de corrección de la varilla ortopédica cambia, se puede restaurar una fuerza de corrección suficiente calentando la aleación con memoria de forma fuera del cuerpo a una temperatura aproximadamente 5°C superior a la temperatura corporal.
Además, las aleaciones con memoria de forma de TiNi se utilizan en procedimientos quirúrgicos para fabricar diversos acopladores óseos, pinzas vasculares, filtros de coagulación y vasodilatadores. Al mismo tiempo, también es ampliamente utilizado en odontología, ortopedia, departamento cardiovascular, cirugía torácica, departamento hepatobiliar, urología, ginecología, etc. Con el desarrollo de la memoria de forma, las aplicaciones médicas se generalizarán.
Estructuras de construcción
Utilizando la eficiencia pseudoelástica y las características de amortiguación dinámica de las aleaciones con memoria de forma, las aleaciones con memoria de forma se utilizan para controlar pasivamente la estructura bajo la acción sísmica y desempeñar un papel antisísmico. role. Control de amortiguación activa de vibraciones estructurales, etc.
Vida diaria
Una válvula anti-escaldaduras en la vida familiar La válvula con memoria de forma desarrollada se puede utilizar para evitar quemaduras accidentales por agua caliente en lavabos, bañeras y baños; También se puede utilizar en hoteles y otros lugares adecuados. Si la temperatura del agua que sale del grifo alcanza aproximadamente 48 °C, la aleación con memoria de forma hace que la válvula se cierre. La válvula no se volverá a abrir hasta que la temperatura del agua baje a una temperatura segura.
b Las monturas de las gafas están hechas de aleación de TiNi en la nariz y las orejas de la montura de las gafas, lo que puede hacer que las personas se sientan cómodas y resistentes al desgaste. Debido a su flexibilidad, la aleación de TiNi se ha utilizado ampliamente para cambiar el mundo de la moda de las gafas. Al utilizar un alambre de aleación de TiNi superelástico como montura para gafas, incluso si la lente se expande térmicamente, el alambre de aleación con memoria de forma puede sujetar la lente con una fuerza constante superelástica. Las monturas de gafas fabricadas con estas aleaciones superelásticas tienen una gran capacidad para deformarse de una manera que las monturas de gafas normales no pueden.
Las antenas de teléfonos móviles y las válvulas de inspección contra incendios que utilizan alambre de TiNi superelástico como antenas de teléfonos móviles son otra aplicación de las aleaciones con memoria de forma. En el pasado, las antenas de acero inoxidable a menudo sufrían daños debido a la flexión. Las antenas de teléfonos móviles que utilizan cables de aleación con memoria de forma de TiNi son muy populares debido a su alta resistencia a los daños. Por lo tanto, se utiliza a menudo para fabricar antenas de teléfonos móviles y válvulas de inspección contra incendios.
En caso de incendio, la válvula se cerrará automáticamente cuando la temperatura local aumente para evitar la entrada de gases peligrosos. La ventaja de este diseño estructural especial es que puede verificar el funcionamiento de la válvula y luego restablecerla a un estado seguro. Esta válvula de detección de incendios se utiliza en la fabricación de semiconductores y los gases tóxicos se utilizan en el proceso de difusión de la fabricación de semiconductores; La válvula de inspección contra incendios también se puede utilizar en plantas químicas y petroleras.