आकृति-मेमोरी मिश्र धातु: Difference between revisions

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धातु विज्ञान में, आकृति मेमोरी मिश्र धातु (एसएमए) एक मिश्र धातु है जिसे ठंडा होने पर विकृत किया जा सकता है लेकिन गर्म होने पर इसके पूर्व-विकृत आकृति में वापस आ जाता है। इसे मेमोरी धातु, मेमोरी मिश्र धातु, कठोर धातु, कठोर मिश्र धातु या "मसल वायर" भी कहा जा सकता है।[citation needed]

आकृति मेमोरी मिश्र धातुओं से बने उपकरण हाइड्रोलिक, वायवीय और मोटर-आधारित प्रणालियों जैसे पारंपरिक प्रवर्तक के लिए प्रभावहीन और ठोस हो सकते हैं। उनका उपयोग धातु टयूबिंग में हर्मेटिक योग बनाने के लिए भी किया जा सकता है।

समीक्षा

दो सबसे प्रचलित आकृति मेमोरी मिश्र धातुएँ तांबा-एल्यूमीनियम-निकेल और निकेल-टाइटेनियम (एनआईटीआई) हैं लेकिन एसएमएएस को जस्ता, तांबा, सोना और आयरन के मिश्रण से भी बनाया जा सकता है। हालांकि आयरन-आधारित और कॉपर-आधारित एसएमएएस, जैसे कि Fe-Mn-Si, Cu-Zn-Al और Cu-Al-Ni, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं और निकेल-टाइटेनियम से अपेक्षाकृत कम कीमती होते हैं, निकेल-टाइटेनियम- आधारित एसएमएएस उनके कारण अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए अपेक्षाकृत उपयोगी हैं स्थिरता और वहारिकता[1][2][3] और साथ ही उनका थर्मो-यांत्रिक प्रदर्शन.[4] एसएमए दो अलग-अलग चरणों में सम्मिलित हो सकता है जिसमें तीन अलग-अलग क्रिस्टल संरचनाएं (अर्थात मार्टेन्जाइट, वियमलन मार्टेन्जाइट, और ऑस्टेनाइट) और छह संभावित परिवर्तन होते हैं।[5][6]

निकेल-टाइटेनियम मिश्र धातु ठंडा होने पर ऑस्टेनाईट से मार्टेंसाईट में परिवर्तित हो जाती है एमएफ वह तापमान है जिस पर ठंडा होने पर मार्टेन्जाइट में संक्रमण पूरा हो जाता है। इसके अनुसार, ताप के समय As और Af वे तापमान होते हैं जिन पर मार्टेन्जाइट से ऑस्टेनाइट में परिवर्तन प्रारम्भ और समाप्त होता है। आकृति मेमोरी प्रभाव के बार-बार उपयोग से विशेषता परिवर्तन तापमान में परिवर्तन हो सकता है इस प्रभाव को कार्यात्मक थकान के रूप में जाना जाता है, क्योंकि यह पदार्थ के सूक्ष्म संरचनात्मक और कार्यात्मक गुणों के परिवर्तन से निकटता से संबंधित है अधिकतम तापमान जिस पर एसएमए अब तनाव प्रेरित नहीं हो सकता है उसे एमडी कहा जाता है, जहां एसएमए स्थायी रूप से विकृत हो जाते हैं।[7]

मार्टेन्जाइट चरण से ऑस्टेनाइट चरण तक का संक्रमण केवल तापमान और तनाव पर निर्भर करता है यह समय पर नहीं निर्भर करता है क्योंकि अधिकांश चरण परिवर्तन होते हैं और इसमें कोई प्रसार सम्मिलित नहीं होता है। इसी प्रकार, ऑस्टेनाइट संरचना को एक समान संरचना के स्टील मिश्र धातु से इसका नाम मिलता है। यह इन दो चरणों के बीच प्रतिवर्ती प्रसार रहित संक्रमण है जिसके परिणामस्वरूप विशेष गुण होते हैं। जबकि कार्बन-स्टील को उच्च ताप से ठंडा करके ऑस्टेनाइट से मार्टेन्जाइट बनाया जा सकता है यह प्रक्रिया प्रतिवर्ती नहीं है, इसलिए स्टील में आकृति मेमोरी गुण नहीं होते हैं।Sma wire.jpg

इस चित्र में, ξ(T) मार्टेन्जाइट भाग का प्रतिनिधित्व करता है। ताप संक्रमण और शीतलन संक्रमण के बीच का अंतर हिस्टैरिसीस या शैथिल्य को उत्पन्न करता है जहां कुछ यांत्रिक ऊर्जा प्रक्रिया में नष्ट हो जाती है। वक्र का आकार आकृति-मेमोरी मिश्र धातु के भौतिक गुणों (जैसे कि मिश्र धातु की संरचना[8] और अभिक्रिया[9]) पर निर्भर करता है।

आकृति मेमोरी प्रभाव

यह एनीमेशन पूर्ण आकृति मेमोरी प्रभाव दिखाता है:
  1. ऑस्टेनाइट से (जुड़वां) मार्टेंसाइट तक शीतलन, जो एसएमए के जीवनकाल की प्रारम्भ में या थर्मल चक्र के अंत में होता है।
  2. मार्टेंसाइट को अलग करने के लिए जोर लगाना।
  3. मूल आकार को बहाल करते हुए, ऑस्टेनाइट में सुधार करने के लिए मार्टेंसाइट को गर्म करना।
  4. ऑस्टेनाइट को वापस ट्विन्ड मार्टेंसाइट में ठंडा करना।

आकृति मेमोरी प्रभाव (एसएमई) होता है[10] क्योंकि एक तापमान-प्रेरित चरण परिवर्तन विरूपण को विपरीत कर देता है, जैसा कि पिछले हिस्टैरिसीस वक्र में दिखाया गया है। सामान्यतः मार्टेंसिटिक चरण मोनोक्लिनिक या ऑर्थोरोम्बिक (बी19' या बी19) होता है। चूंकि इन क्रिस्टल संरचनाओं में आसान अव्यवस्था गति के लिए पर्याप्त स्लिप प्रणाली नहीं होती हैं, इसलिए वे संबंध-या बल्कि, डिटविनिंग द्वारा विकृत होते हैं।[11]

मार्टेन्जाइट ऊष्मागतिक रूप से कम तापमान पर इष्ट है, जबकि ऑस्टेनाइट (बी 2 क्यूबिक) उच्च तापमान पर ऊष्मागतिक रूप से इष्ट है। चूंकि इन संरचनाओं में अलग-अलग जाली आकृति और समरूपता है, इसलिए ऑस्टेनाइट को मार्टेन्जाइट में शीतल करने से मार्टेंसिटिक चरण में आंतरिक तनाव ऊर्जा का परिचय मिलता है। इस ऊर्जा को कम करने के लिए, मार्टेंसिटिक चरण में कई संबंध होते हैं इसे "स्व-समायोजित संबंध" कहा जाता है और यह ज्यामितीय रूप से आवश्यक अव्यवस्थाओं का संबंध संस्करण है। चूंकि आकृति मेमोरी मिश्र धातु का निर्माण उच्च तापमान से किया जाता है और सामान्यतः इसे अभियंत्रित किया जाता है ताकि आकृति मेमोरी प्रभाव का लाभ प्राप्त करने के लिए संचालन तापमान पर मार्टेंसिटिक चरण प्रभावी हो और एसएमए संबंध "प्रारम्भ" करते हैं।[12]

जब मार्टेन्जाइट भार होता है, तो ये स्व-समायोजन संबंध विरूपण के लिए एक आसान मार्ग प्रदान करते हैं। प्रयुक्त तनाव मार्टेन्जाइट को अलग कर देता है लेकिन सभी परमाणु पास के परमाणुओं के सापेक्ष एक ही स्थिति में रहते हैं कोई भी परमाणु बंधन विभाजित नहीं है (जैसा कि वे अव्यवस्था गति से होगा)। इस प्रकार, जब तापमान बढ़ जाता है और ऑस्टेनाइट ऊष्मागतिक रूप से अनुकूल हो जाता है, तो सभी परमाणु बी-2 संरचना में पुनर्व्यवस्थित हो जाते हैं जो कि बी-19' पूर्व-विरूपण आकृति के समान स्थूलदर्शित आकृति का होता है।[13] यह चरण परिवर्तन बहुत तीव्रता से होता है और एसएमए को अपना विशिष्ट "स्नैप" देता है।

एकदिशिक बनाम दो-तरफा आकृति मेमोरी

आकृति मेमोरी मिश्र धातुओं के आकृति मेमोरी प्रभाव अलग-अलग होते हैं। दो सामान्य प्रभाव एकदिशिक एसएमए और दो-तरफा एसएमए हैं। प्रभावों का एक योजनाबद्ध नीचे दिखाया गया है।

SMAoneway.jpgSMAtwoway.jpg

प्रक्रियाएं बहुत समान हैं: मार्टेन्जाइट (ए) से प्रारम्भ होकर, एकदिशिक प्रभाव के लिए एक प्रतिवर्ती विरूपण जोड़ना या दो-तरफ़ा (बी) के लिए एक अपरिवर्तनीय राशि के साथ गंभीर विरूपण, नमूना (सी) को गर्म करना और इसे फिर से ठंडा करना ( डी)।

एक तरफ़ा मेमोरी प्रभाव

जब एक आकृति-मेमोरी मिश्र धातु अपनी ठंडी अवस्था (नीचे के रूप में) में होती है, तो धातु मुड़ी या खिंची जा सकती है और संक्रमण तापमान से ऊपर गर्म होने तक उन आकृतियों को बनाए रखेगी। गर्म करने पर, आकृति अपने मूल में बदल जाता है। जब धातु फिर से ठंडी हो जाती है, तो यह फिर से विकृत होने तक अपना आकृति बरकरार रखेगी

एक तरफ़ा प्रभाव के साथ, उच्च तापमान से ठंडा होने से मैक्रोस्कोपिक आकृति परिवर्तन नहीं होता है। निम्न-तापमान आकृति बनाने के लिए विरूपण आवश्यक है। गर्म करने पर, परिवर्तन As पर प्रारम्भ होता है और Af पर पूरा होता है (सामान्यतः 2 से 20 °C या अधिक गर्म, मिश्र धातु या लोडिंग स्थितियों पर निर्भर करता है)। जैसा कि मिश्र धातु प्रकार और संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है और −150 °C और 200 °C के बीच भिन्न हो सकता है।

दो-तरफा प्रभाव

दो-तरफा आकृति मेमोरी प्रभाव यह प्रभाव है कि पदार्थ दो अलग-अलग आकृतियों को याद करती है: कम तापमान पर और उच्च तापमान पर एक पदार्थ जो ऊष्मीय और शीतलक दोनों के समय आकृति मेमोरी प्रभाव दिखाती है उसे दो-तरफा आकृति मेमोरी कहा जाता है। यह बाहरी बल (आंतरिक दो-तरफा प्रभाव) के अनुप्रयोग के बिना भी प्राप्त किया जा सकता है। इन स्थितियों में पदार्थ के अलग-अलग व्यवहार करने का कारण प्रशिक्षण में निहित है। प्रशिक्षण का तात्पर्य है कि एक आकृति मेमोरी एक निश्चित तरीके से व्यवहार करने के लिए "सीख" सकती है। सामान्य परिस्थितियों में, एक आकृति मेमोरी मिश्र धातु अपने निम्न-तापमान आकृति को "याद" करती है लेकिन उच्च-तापमान आकृति को पुनर्प्राप्त करने के लिए गर्म करने पर, निम्न-तापमान आकृति को तुरंत भूल जाती है हालांकि, उच्च तापमान फेज़ो में विकृत कम तापमान की स्थिति के कुछ अनुस्मारक छोड़ने के लिए इसे "याद" करने के लिए "प्रशिक्षित" किया जा सकता है। ऐसा करने के कई तरीके हैं।[14] एक निश्चित बिंदु से अधिक गर्म होने वाली एक आकृति, प्रशिक्षित वस्तु दो तरफा मेमोरी प्रभाव को नष्ट कर देती है।

छद्म प्रत्यास्थता

एसएमए एक ऐसी घटना को प्रदर्शित करते हैं जिसे कभी-कभी प्रत्यास्थता कहा जाता है, लेकिन इसे अधिक शुद्ध रूप से छद्म प्रत्यास्थता के रूप में वर्णित किया जाता है। "उच्च प्रत्यास्थता" का तात्पर्य है कि प्लास्टिक विरूपण के बिना परमाणुओं के बीच परमाणु बंधन अत्यधिक लंबाई तक विस्तृत हुआ है। छद्म प्रत्यास्थता अभी भी बड़े, पुनर्प्राप्त करने योग्य उपभेदों को प्राप्त करती है जिनमें कोई स्थायी विरूपण नहीं होता है, लेकिन यह अधिक जटिल तंत्र पर निर्भर करता है।

छद्म लोच का एक एनीमेशन

एसएमएएस कम से कम 3 प्रकार की छद्म प्रत्यास्थता प्रदर्शित करते हैं। छद्म-प्रत्यास्थता के दो कम-अध्ययन वाले प्रकार छद्म-योग गठन और लघु श्रेणी क्रम के कारण रबर जैसा व्यवहार है।[15]

मार्टेंसिक तनाव (ए) के ऊपर के तनावों पर, ऑस्टेनाइट मार्टेन्जाइट में बदल जाएगा और बड़े मैक्रोस्कोपिक उपभेदों को प्रेरित करेगा जब तक कि कोई ऑस्टेनाइट नहीं रहता (सी)। उतारने पर, मार्टेन्जाइट ऑस्टेनिटिक तनाव (डी) के नीचे ऑस्टेनाइट चरण में वापस आ जाएगा, जिस बिंदु पर तनाव तब तक पुनर्प्राप्त किया जाएगा जब तक पदार्थ पूरी तरह से ऑस्टेनिटिक न हो और कोई विरूपण न हो।[16]

मुख्य छद्म-प्रत्यास्थता प्रभाव तनाव-प्रेरित चरण परिवर्तन से आता है। दाईं ओर का आंकड़ा दर्शाता है कि यह प्रक्रिया कैसे होती है। यहाँ एक भार को एसएमए पर ऑस्टेनाइट पूर्णता तापमान, एएफ के ऊपर, लेकिन मार्टेन्जाइट विरूपण तापमान के नीचे, एमडी पर प्रयुक्त किया जाता है। प्रेरित चरण परिवर्तन Af पर किसी विशेष बिंदु के लिए, Ms रेखा पर एक उच्च तापमान वाला बिंदु चयन संभव है जब तक कि उस बिंदु Md पर भी उच्च तनाव हो। पदार्थ प्रारम्भ में धातुओं के लिए विशिष्ट प्रत्यास्थता-प्लास्टिक व्यवहार प्रदर्शित करती है। हालांकि, एक बार जब पदार्थ मार्टेंसिक तनाव तक अभिगम्य हो जाती है तो ऑस्टेनाइट मार्टेन्जाइट और वियमलन में पारिवर्तित हो जाता है जैसा कि पहले चर्चा की गई थी मार्टेन्जाइट से ऑस्टेनाइट में वापस रूपान्तरण पर यह वियमलन प्रतिवर्ती है। यदि बड़े तनाव प्रयुक्त किए जाते हैं तो प्लास्टिक व्यवहार जैसे वियमलन और मार्टेन्जाइट की पर्ची अनाज की सीमाओं या समावेशन जैसे स्थलों पर प्रारम्भ हो जाती है।[17][18] यदि प्लास्टिक विरूपण होने से पहले पदार्थ को उतार दिया जाता है, तो ऑस्टेनाइट के लिए महत्वपूर्ण तनाव (σ) तक पहुंचने के बाद यह ऑस्टेनाइट में वापस आ जाता है पदार्थ संरचनात्मक परिवर्तन से प्रेरित लगभग सभी तनावों को ठीक कर देता है और कुछ एसएमए के लिए यह 10 प्रतिशत से अधिक तनाव हो सकता है।[19][20] यह हिस्टैरिसीस लूप छोटे और बड़े विकृतियों के स्थितियों के बीच पदार्थ के प्रत्येक चक्र के लिए किए गए कार्य को दिखाता है जो कि कई अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।

आकृति मेमोरी मिश्र धातु में मार्टेन्जाइट और ऑस्टेनाइट लाइनों का तनाव-तापमान आरेख।

तनाव बनाम तापमान की कथानक में, ऑस्टेनाइट और मार्टेन्जाइट प्रारंभ और समाप्ति रेखाएं समानांतर चलती हैं। एसएमई और छद्म प्रत्यास्थता वास्तव में एक ही घटना के विभिन्न भाग हैं, जैसा कि बाईं ओर दिखाया गया है।

बड़े तनाव विकृतियों की कुंजी दो चरणों के बीच क्रिस्टल संरचना में अंतर है। ऑस्टेनाइट में सामान्यतः एक त्रिविमीय संरचना होती है, जबकि मार्टेन्जाइट मोनोक्लिनिक या मूल चरण से अलग एक अन्य संरचना हो सकती है सामान्यतः कम समरूपता के साथ नितिनोल जैसे मोनोक्लिनिक मार्टेंसिटिक पदार्थ के लिए, मोनोकलिनिक चरण में कम समरूपता होती है जो महत्वपूर्ण है क्योंकि कुछ क्रिस्टलोग्राफिक निर्देशन एक प्रयुक्त तनाव के अंतर्गत अन्य झुकावों की तुलना में उच्च उपभेदों को समायोजित करेंगे। इस प्रकार यह अनुसरण करता है कि पदार्थ उन झुकावों का निर्माण करेगी जो प्रयुक्त तनाव में किसी भी वृद्धि से पहले समग्र तनाव को अधिकतम करते हैं।[21] एक तंत्र जो इस प्रक्रिया में सहायता करता है वह मार्टेन्जाइट चरण का वियमलन है। क्रिस्टलोग्राफी में, एक वियमलन सीमा एक द्वि-आयामी दोष है जिसमें जाली के परमाणु समतल का एकत्र सीमा के विमान में प्रतिबिंबित होता है। तनाव और तापमान के आधार पर ये विरूपण प्रक्रियाएं स्लिप जैसे स्थायी विरूपण के साथ प्रतिस्पर्धा करती है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि σms चरण केंद्रक के लिए तापमान और केंद्रक साइटों की संख्या जैसे मापदंडों पर निर्भर है। अंतरापृष्ठ और समावेशन परिवर्तन प्रारम्भ करने के लिए सामान्य साइट प्रदान करेंगे और यदि ये संख्या में बहुत अधिक हैं, तो यह केंद्रक के लिए प्रेरणा सामर्थ्य में वृद्धि करता है[22] एक छोटा Pms सजातीय न्यूक्लियेशन की तुलना में इसकी आवश्यकता होगी। इसी तरह, तापमान बढ़ने से चरण परिवर्तन के लिए प्रेरक बल कम हो जाएगा, इसलिए बड़ा σms आवश्यक होता है कोई यह देख सकता है कि σms उपज सामर्थ्य से अधिक होगा σy और प्रत्यास्थता अब देखने योग्य नहीं होगी। जैसे ही आप एसएमए के परिचालन तापमान में वृद्धि करते हैं।

इतिहास

आकृति मेमोरी प्रभाव की खोज की दिशा में पहला सूचित चरण 1930 के दशक में लिया गया था। ओत्सुका और वेमैन के अनुसार, आर्ने ओलैंडर ने 1932 में एयू-सीडी मिश्र धातु के छद्म प्रत्यास्थ व्यवहार की खोज किया था ग्रेनिंगर और मूरैडियन (1938) ने क्यू-जेडएन मिश्र धातु के तापमान को घटाकर और बढ़ाकर एक मार्टेंसिक चरण के गठन और लुप्त होने का अवलोकन किया था। मार्टेन्जाइट चरण के थर्मोइलास्टिक द्वारा शासित मेमोरी प्रभाव की मूल घटना को एक दशक बाद कुर्जुमोव और खांद्रोस (1949) और चांग और रीड (1951) द्वारा व्यापक रूप से अप्रत्यक्ष किया गया था।[23]

निकेल-टाइटेनियम मिश्र धातुओं को पहली बार 1962-1963 में संयुक्त स्थिति नौसेना आयुध प्रयोगशाला द्वारा विकसित किया गया था और व्यापार नाम नितिनोल (निकेल टाइटेनियम नौसेना आयुध प्रयोगशालाओं के लिए एक संक्षिप्त नाम) के अंतर्गत व्यावसायीकरण किया गया था। संयोग से उनके उल्लेखनीय गुणों की खोज की गई। प्रयोगशाला प्रबंधन बैठक में एक प्रतिदर्श जो कई बार आकृति से बाहर हो गया था और प्रस्तुत किया गया था। सहयोगी तकनीकी निदेशकों में से एक, डॉ. डेविड एस. मुजे ने यह देखने का निर्णय किया कि क्या होगा यदि प्रतिरूप को गर्म किया जाए और उसके नीचे अपना पाइप लाइटर रखा जाए। सभी को आश्चर्य हुआ कि प्रतिरूप वापस अपने मूल आकृति में आ गया था।[24][25] एक अन्य प्रकार का एसएमए है जिसे चुंबकीय-मेमोरी मिश्र धातु (एफएसएमए) कहा जाता है जो जटिल चुंबकीय क्षेत्र के अंतर्गत आकृति परिवर्तित होता है। ये पदार्थ विशेष रुचि की हैं क्योंकि चुंबकीय प्रतिक्रिया तापमान-प्रेरित प्रतिक्रियाओं की तुलना में तीव्र और अधिक कुशल होती है।

धातु मिश्र धातु केवल ऊष्मीय-उत्तरदायी पदार्थ नहीं हैं आकृति मेमोरी बहुलक भी विकसित किए गए हैं और 1990 के दशक के अंत में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो गए है।

क्रिस्टल संरचनाएं

कई धातुओं में एक ही रचना में कई अलग-अलग क्रिस्टल संरचनाएं होती हैं, लेकिन अधिकांश धातुएं इस आकृति मेमोरी प्रभाव को नहीं दिखाती हैं। विशेष संपत्ति जो आकृति मेमोरी मिश्र धातुओं को गर्म करने के बाद अपने मूल आकृति में वापस लाने की स्वीकृति देती है, वह यह है कि उनका क्रिस्टल परिवर्तन पूरी तरह से प्रतिवर्ती है। अधिकांश क्रिस्टल परिवर्तनों में, संरचना में परमाणु प्रसार द्वारा धातु के माध्यम से यात्रा करते है संरचना को स्थानीय रूप से रूपांतरित करते है यद्यपि धातु एक ही परमाणुओं से बना हो। तो एक उत्क्रमणीय परिवर्तन में परमाणुओं का यह प्रसार सम्मिलित नहीं होता है, इसके अतिरिक्त सभी परमाणु एक ही समय में एक नई संरचना बनाने के लिए स्थानांतरित होते हैं, जिस प्रकार से एक समांतर चतुर्भुज को दो विपरीत पक्षों पर धकेल कर एक वर्ग से बाहर किया जा सकता है। विभिन्न तापमानों पर विभिन्न संरचनाओं को प्राथमिकता दी जाती है और जब संक्रमण तापमान के माध्यम से संरचना को ठंडा किया जाता है तो ऑस्टेनिटिक चरण से मार्टेंसिटिक संरचना बनती है।

निर्माण

आकृति-मेमोरी मिश्र धातु सामान्यतः वैक्यूम चाप पिघलने या प्रेरण पिघलनेग का उपयोग करके प्रक्षेप द्वारा बनाई जाती है। ये विशेषज्ञ तकनीकें हैं जिनका उपयोग मिश्र धातु में अशुद्धियों को कम से कम रखने और यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि धातु अच्छी तरह से मिश्रित हो। पिंड को फिर लंबे खंडों में गर्म किया जाता है और फिर इसे तन्तु को परिवर्तित करने के लिए तन्तु खींचा जाता है।

जिस प्रकार से मिश्र धातुओं को प्रशिक्षित किया जाता है वह वांछित गुणों पर निर्भर करता है। प्रशिक्षण उस आकृति को निर्धारित करता है जिसे मिश्र धातु गर्म होने पर याद रखेगी। यह मिश्र धातु को गर्म करने से होता है ताकि अव्यवस्था स्थिर स्थिति में फिर से व्यवस्थित हो जाए, लेकिन इतना गर्म न हो कि पदार्थ का पुन: क्रिस्टलीकरण (धातु विज्ञान) इन्हें बीच-बीच में गर्म किया जाता है 400 °C और 500 °C 30 मिनट के लिए, गर्म रहते हुए आकृति दिया जाता है और फिर पानी में बुझाकर या वायु से ठंडा करके तीव्रता से ठंडा किया जाता है।

गुण

कॉपर-आधारित और निकेल-टाइटेनियम-आधारित आकृति मेमोरी मिश्र धातुओं को इंजीनियरिंग पदार्थ माना जाता है। इन रचनाओं को लगभग किसी भी आकृति और आकृति में निर्मित किया जा सकता है।

आकृति मेमोरी मिश्र धातुओं की उपज सामर्थ्य पारंपरिक स्टील की तुलना में कम है, लेकिन कुछ रचनाओं में प्लास्टिक या एल्यूमीनियम की तुलना में अधिक उपज सामर्थ होती है। नी-टीआई के लिए यील्ड तनाव 500 MPa तक हो सकता है धातु की उच्च लागत और प्रसंस्करण आवश्यकताओं ने एसएमए को एक डिजाइन में प्रयुक्त करना कठिन और कीमती बना दिया है। जिसके परिणाम स्वरूप इन पदार्थों का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां उच्च प्रत्यास्था गुण या आकृति मेमोरी प्रभाव का लाभ प्राप्त किया जा सकता है। सबसे सामान्य अनुप्रयोग सक्रियता में है। आकृति मेमोरी मिश्र धातुओं का उपयोग करने के लाभ में से एक उच्च स्तर का पुनर्प्राप्त करने योग्य प्लास्टिक तनाव है जिसे प्रेरित किया जा सकता है। अधिकतम पुनर्प्राप्त करने योग्य तनाव इन पदार्थों को स्थायी क्षति के बिना धारण कर सकता है 8% कुछ मिश्र धातुओं के लिए यह अधिकतम तनाव के साथ 0.5% पारंपरिक स्टील्स के लिए तुलना करता है।

प्रयोगात्मक सीमाएँ

एसएमए के पारंपरिक प्रवर्तक पर कई लाभ हैं लेकिन उन सीमाओं की एक श्रृंखला से ग्रस्त हैं जो प्रयोगात्मक अनुप्रयोग को बाधित कर सकते हैं। कई अध्ययनों में, इस विषय पर महत्व दिया गया था कि पदार्थ और डिजाइन ज्ञान और संबद्ध उपकरणों, जैसे अनुचित डिजाइन दृष्टिकोण और उपयोग की जाने वाली तकनीकों की कमी के साथ संयुक्त भौतिक सीमाओं के कारण केवल कुछ पेटेंट आकृति मेमोरी मिश्र धातु अनुप्रयोग प्रयोगात्मक रूप से सफल हैं।[26] एसएमए अनुप्रयोगों को डिजाइन करने में चुनौतियां उनकी सीमाओं को दूर करने के लिए हैं जिसमें अपेक्षाकृत छोटे उपयोग योग्य तनाव, कम सक्रियता आवृत्ति, कम नियंत्रणीयता, कम सटीकता और कम ऊर्जा दक्षता सम्मिलित है।[27]

प्रतिक्रिया समय और प्रतिक्रिया समरूपता

एसएमए प्रवर्तक सामान्यतः विद्युत रूप से सक्रिय होते हैं, जहां जूल ऊष्मा में विद्युत प्रवाह का परिणाम होता है। निष्क्रियता सामान्यतः परिवेशी वातावरण में मुक्त संवहन ताप हस्तांतरण द्वारा होती है। जिसके परिणाम स्वरूप एसएमए प्रवर्तक सामान्यतः असममित होता है जिसमें अपेक्षाकृत तेज़ प्रवर्तक समय और धीमी गति से निष्क्रियता का समय होता है। ऊष्मा हस्तांतरण दर में संरक्षण करने के लिए संवहन और एक प्रवाहकीय पदार्थ के साथ एसएमए को पीछे करने सहित एसएमए निष्क्रियता समय को कम करने के लिए कई तरीकों का प्रस्ताव किया गया है।[28]

एसएमए प्रवर्तक की व्यवहार्यता बढ़ाने के लिए नए तरीकों में प्रवाहकीय "लैगिंग" का उपयोग सम्मिलित है। यह विधि चालन द्वारा एसएमए से ऊष्मा को तीव्रता से स्थानांतरित करने के लिए ऊष्मीय पेस्ट का उपयोग करती है। यह ऊष्मा तब अधिक आसानी से संवहन द्वारा पर्यावरण में स्थानांतरित हो जाती है क्योंकि बाहरी रेडी (और ऊष्मा हस्तांतरण क्षेत्र) विवृत तन्तु की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक होते हैं। इस पद्धति के परिणामस्वरूप निष्क्रियकरण समय और एक सममित सक्रियण में महत्वपूर्ण कमी आती है। बढ़ी हुई ऊष्मा अंतरण दर के परिणामस्वरूप, एक दिए गए सक्रियण बल को प्राप्त करने के लिए आवश्यक धारा बढ़ जाती है। [29]

बेयर और लैग्ड Ni-Ti आकृति मेमोरी अलॉय का तुलनात्मक फ़ोर्स-टाइम रिस्पांस।[30]

संरचनात्मक थकान और कार्यात्मक थकान

एसएमए संरचनात्मक थकान के अधीन है एक विफलता मोड जिसके द्वारा चक्रीय भार के परिणामस्वरूप दरार की प्रारम्भ और प्रसार होता है जो अंततः विभाजन द्वारा कार्य के विनाशकारी हानि में परिणाम देता है। इस थकान मोड के पीछे भौतिकी चक्रीय भार के समय सूक्ष्म विभाजन क्षति का संचय है। यह विफलता मोड केवल एसएमए ही नहीं, बल्कि अधिकांश इंजीनियरिंग पदार्थों में देखा जाता है।

एसएमए भी कार्यात्मक थकान के अधीन हैं एक विफलता मोड अधिकांश इंजीनियरिंग पदार्थ के लिए विशिष्ट नहीं है जिससे एसएमए संरचनात्मक रूप से विफल नहीं होता है, लेकिन समय के साथ इसकी आकृति मेमोरी / उच्च तन्यता विशेषताओं को नष्ट कर देता है। चक्रीय भार (यांत्रिक और ऊष्मा दोनों) के परिणामस्वरूप, पदार्थ एक प्रतिवर्ती चरण परिवर्तन से गुजरने की क्षमता नष्ट हो जाती है। उदाहरण के लिए, एक प्रवर्तक में कार्य करने का विस्थापन बढ़ती चक्र संख्या के साथ घटता है। इसके पीछे भौतिक विज्ञान सूक्ष्म संरचना में क्रमिक परिवर्तन है अधिक विशेष रूप से, आवास विस्थापन का निर्माण यह प्रायः रूपांतरण तापमान में महत्वपूर्ण परिवर्तन के साथ होता है।[31] एसएमए प्रवर्तक का डिज़ाइन एसएमए की संरचनात्मक और कार्यात्मक थकान जैसे कि एसएमए-पुली प्रणाली में चरखी विन्यास दोनों को प्रभावित कर सकता है।[32]

अनपेक्षित सक्रियता

एसएमए प्रवर्तक को सामान्यतः जूल ऊष्मा द्वारा विद्युत रूप से सक्रिय किया जाता है। यदि एसएमए का उपयोग ऐसे वातावरण में किया जाता है जहां परिवेश का तापमान अनियंत्रित होता है तो परिवेशी तापन द्वारा अज्ञानतापूर्वक में सक्रियता हो सकती है।

अनुप्रयोग

औद्योगिक

वायुयान और अंतरिक्ष यान

बोइंग, सामान्य विद्युत विमान इंजन, गुडरिक संस्था, नासा टेक्सास ए और एम यूनिवर्सिटी और सभी निप्पॉन वायुमार्ग ने निकेल-टाइटेनियम एसएमए का उपयोग करके चर ज्यामिति शेवरॉन विकसित किया। इस प्रकार के एक परिवर्तनीय क्षेत्र प्रशंसक नोजल (वीएएफएन) डिजाइन भविष्य में शांत और अधिक कुशल जेट इंजनों की स्वीकृति देगा। 2005 और 2006 में, बोइंग ने इस तकनीक का सफल उड़ान परीक्षण किया।[33] प्रक्षेपण वाहनों और वाणिज्यिक जेट इंजनों के लिए कंपन अवमंदक के रूप में एसएमए की खोज की जा रही है। अतिप्रत्यास्थ प्रभाव के समय देखी गई हिस्टैरिसीस की बड़ी मात्रा एसएमए को ऊर्जा को नष्ट करने और कंपन को कम करने की स्वीकृति देती है। ये पदार्थ प्रक्षेपण के समय पेलोड के साथ-साथ वाणिज्यिक जेट इंजनों में पंखे के ब्लेड पर उच्च कंपन भार को कम करने का वादा दिखाती हैं, जिससे अधिक हल्के और कुशल डिजाइन की स्वीकृति मिलती है।[34] एसएमए अन्य उच्च शॉक अनुप्रयोगों जैसे बॉल बेयरिंग और लैंडिंग गियर के लिए भी क्षमता प्रदर्शित करता है।[35]

वाणिज्यिक जेट इंजनों में विभिन्न प्रकार के प्रवर्तक अनुप्रयोगों के लिए एसएमए का उपयोग करने में भी गहरी रुचि है, जो उनके वजन को कम करेगा और दक्षता को बढ़ावा देगा।[36] हालांकि, इस क्षेत्र में और अनुसंधान किए जाने की आवश्यकता है, हालांकि, परिवर्तन तापमान को बढ़ाने और इन पदार्थों के यांत्रिक गुणों में सुधार करने से पहले उन्हें सफलतापूर्वक कार्यान्वित किया जा सकता है। उच्च ताप आकृति-मेमोरी मिश्र धातु (एचटीएसएमए) में हालिया प्रगति की समीक्षा एमए एट अल द्वारा प्रस्तुत की गई है।[19] विभिन्न प्रकार की विंग-मॉर्फिंग तकनीकों का भी पता लगाया जा रहा है।[34]

स्वचालित

पहला उच्च मात्रा वाला उत्पाद (> 5Mio प्रवर्तक / वर्ष) एक स्वचालित वाल्व है जिसका उपयोग कार की सीट में कम दाब वाले वायवीय मूत्राशय को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है जो काठ का समर्थन / बोलस्टर्स के समोच्च को समायोजित करता है। इस अनुप्रयोग में पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले सोलनॉइड्स पर एसएमए के समग्र लाभ (कम द्वाणी, ईएमसी, वजन या विद्युत की खपत) एसएमए के साथ पुरानी मानक तकनीक को परिवर्तन के निर्णय में महत्वपूर्ण कारक थे।

2014 शेवरलेट कार्वेट एसएमए प्रवर्तक को सम्मिलित करने वाला पहला वाहन बन गया था जिसने ट्रंक से वायु छोड़ने वाले हैच वेंट को खोलने और बंद करने के लिए भारी मोटरयुक्त प्रवर्तक को परिवर्तित कर दिया था जिससे इसे बंद करना आसान हो गया है। विभिन्न प्रकार के अन्य अनुप्रयोगों को भी लक्षित किया जा रहा है, जिसमें विभिन्न गति पर वायुगतिकी को अनुकूलित करने के लिए निकास ऊष्मा और मांग सापेक्ष वायु बांधों से विद्युत उत्पन्न करने के लिए विद्युत प्रवर्तक सम्मिलित हैं।

रोबोटिक (रोबट के समान)

रोबोटिक्स में इन पदार्थों का उपयोग करने पर भी सीमित अध्ययन किया गया है उदाहरण के लिए हॉबीस्ट रोबोट स्टिक्विटो और रोबोटरफ्राउ लारा[37] है क्योंकि वे बहुत हल्के रोबोट बनाना संभव बनाते हैं। हाल ही में, लोह एट अल द्वारा एक कृत्रिम हाथ प्रस्तुत किया गया था। जो मानव हाथ की गति को लगभग दोहरा सकता है अन्य जैव अनुकरण अनुप्रयोगों का भी पता लगाया जा रहा है। प्रौद्योगिकी के दुर्बल बिंदु ऊर्जा अक्षमता, आकृति मेमोरी मिश्र धातु प्रतिक्रिया समय और प्रतिक्रिया समरूपता और विस्तृत हिस्टैरिसीस हैं।

वाल्व

एसएमए का उपयोग प्रवर्तक वाल्व के लिए भी किया जाता है।[38] एसएमए वाल्व डिजाइन में विशेष रूप से संक्षिप्त हैं।

जैव-इंजीनियर रोबोटिक हाथ

रोबोटिक हाथ के कुछ एसएमए-आधारित प्रोटोटाइप हैं जो उंगलियों को स्थानांतरित करने के लिए आकृति मेमोरी प्रभाव (एसएमई) का उपयोग करते हैं।[39]

सिविल संरचनाएं

एसएमए सिविल संरचनाओं जैसे पुलों और भवनों में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोग हैं। सरियों या प्लेटों के रूप में, उनका उपयोग कंक्रीट और इस्पात संरचनाओं के वंक, कतरनी और भूकंपीय स्थिति के लिए किया जा सकता है। एक अन्य अनुप्रयोग बुद्धिमत्ता प्रबलित कंक्रीट (आईआरसी) है, जिसमें कंक्रीट के भीतर अंतः स्थापन एसएमए तन्तु सम्मिलित हैं। ये तन्तु सूक्ष्म आकृति की दरारों को ठीक करने के लिए दरारें और अनुबंध कर सकते हैं। साथ ही कंपन को कम करने के लिए एसएमए तंतुओ का उपयोग करके संरचनात्मक प्राकृतिक आवृत्ति का सक्रिय ट्यूनिंग संभव है साथ ही कंक्रीट में एसएमए तंतु का उपयोग भी संभव है।[40]

बहिर्बन्धनी (पाइपिंग)

पहला उपभोक्ता वाणिज्यिक अनुप्रयोग पाइपिंग के लिए आकृति मेमोरी युग्मन था उदाहरण तेल पाइप लाइन, औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए, पानी के पाइप और उपभोक्ता / वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए समान प्रकार के पाइपिंग के थे।

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स

स्मार्टफोन कैमरे

कई स्मार्टफोन कंपनियों ने कैम्ब्रिज मेक्ट्रोनिक्स से लाइसेंस के अंतर्गत निर्मित एसएमए प्रवर्तक को सम्मिलित करते हुए छवि स्थिरीकरण (ओआईएस) मॉड्यूल वाले हैंडसेट प्रारम्भ किए हैं।

चिकित्सा

आकृति-मेमोरी मिश्र धातुओं को चिकित्सा में प्रयुक्त किया जाता है, उदाहरण के लिए, हड्डी रोग सर्जरी में ओस्टियोटमी के लिए निर्धारण उपकरण के रूप में, शल्य चिकित्सा उपकरणों में प्रवर्तक के रूप में बायोप्सी और ब्रैकीथेरेपी जैसी शल्य चिकित्सा सम्बन्धी प्रक्रियाओं में न्यूनतम विस्तार त्वचाप्रेक्षी कैंसर हस्तक्षेप के लिए सक्रिय कर्णनीय शल्य चिकित्सा सम्बन्धी सुई,[41] दंतपट्टिका में दांतों पर लगातार दांतों को हिलाने वाली ताकत लगाने के लिए, बीजकोश एंडोस्कोपी में उन्हें बायोप्सी क्रिया के लिए ट्रिगर के रूप में उपयोग किया जा सकता है। 1980 के दशक के उत्तरार्ध में नितिनोल का व्यावसायिक परिचय कई न्यूनतम विस्तृत अंतर्वाहिकी चिकित्सा अनुप्रयोगों में एक सक्षम तकनीक के रूप में देखा गया है जबकि स्टेनलेस स्टील की तुलना में अधिक महंगा, बीटीआर (शारीरिक तापमान प्रतिक्रिया) के लिए निर्मित नितिनोल मिश्र धातुओं के स्व-विस्तारित गुणों ने स्टेंट ग्राफ्ट में गुब्बारे के विस्तार योग्य उपकरणों के लिए एक आकर्षक विकल्प प्रदान किया है जहां यह कुछ रक्त वाहिकाओं के आकृति के अनुकूल होने की क्षमता देता है जब शरीर के तापमान के संपर्क में। औसत पर, 50% विश्व के विणपन में वर्तमान में उपलब्ध सभी परिधीय संवहनी तनित्र नितिनोल से निर्मित होते हैं।

दृष्टिमिति

टाइटेनियम युक्त एसएमए से बने चश्मे आकुंचक और टाइटन आकुंचक ट्रेडमार्क के अंतर्गत विपणन किए जाते हैं। ये फ्रेम सामान्यतः आकृति मेमोरी मिश्र धातुओं से बने होते हैं जिनका संक्रमण तापमान अपेक्षित कक्ष के तापमान से कम होता है। यह फ्रेम को तनाव के अंतर्गत बड़े विरूपण से गुजरने की स्वीकृति देता है, फिर भी धातु को फिर से उतारने के बाद अपने इच्छित आकृति को पुनः प्राप्त कर लेता है। बहुत बड़े स्पष्ट रूप से लोचदार उपभेद तनाव-प्रेरित मार्टेंसिक प्रभाव के कारण होते हैं, जहां क्रिस्टल संरचना भार के अंतर्गत बदल सकती है जिससे भार के अंतर्गत अस्थायी रूप से आकृति रूपान्तरण की स्वीकृति मिलती है। इसका अर्थ यह है कि आकृति-मेमोरी मिश्र धातु से बना चश्मा गलती से क्षतिग्रस्त होने के विपरीत अधिक घनिष्ठ होता है।

विकलांग चिकित्सा संबंधी

मेमोरी धातु का उपयोग विकलांग चिकित्सा संबंधी में अस्थि विच्छेदन के लिए निर्धारण-संपीड़न उपकरण के रूप में किया गया है, सामान्यतः निचले किनारे की प्रक्रियाओं के लिए उपकरण सामान्यतः एक बड़े स्टेपल के रूप में, एक शीतलक में अपने निंदनीय रूप में संग्रहीत किया जाता है और एक अस्थि विच्छेदन में हड्डी में पूर्व-प्रवेधित उत्सारण किए गए छेद में प्रत्यारोपित किया जाता है। जैसे ही स्टेपल गर्म होता है यह अपनी गैर-निंदनीय स्थिति में वापस आता है और हड्डी के मिलन को बढ़ावा देने के लिए हड्डी की सतहों को एक साथ संकुचित करता है।[42]

दंत चिकित्सा

पिछले कुछ वर्षों में एसएमए के लिए अनुप्रयोगो की सीमा में वृद्धि हुई है विकास का एक प्रमुख क्षेत्र दंत चिकित्सा है। एक उदाहरण दांतों पर निरंतर दांतों को हिलाने वाली सामर्थ्य को प्रयुक्त करने के लिए एसएमए तकनीक का उपयोग करते हुए दंत ब्रेसिज़ का प्रचलन है नाइटिनोल आर्कवायर को 1972 में विषमदंत जॉर्ज एंड्रीसन द्वारा विकसित किया गया था।[43] इसने क्लिनिकेल ऑर्थोडॉन्टिक्स में क्रांति की एंड्रियासन के मिश्र धातु में एक पैटर्न आकृति की मेमोरी होती है इसकी ज्यामितीय प्रसंस्करण के कारण दी गई तापमान सीमाओं के भीतर विस्तार और अनुबंध होता है। हरमीत डी वालिया ने बाद में एंडोडोंटिक्स के लिए रूट कैनाल फाइलों के निर्माण में मिश्र धातु का उपयोग किया है।

आवश्यक कंपन

कंपन को कम करने के लिए पारंपरिक सक्रिय रद्दीकरण तकनीक किसी वस्तु को अस्तव्यस्तता के विपरीत दिशा में सक्रिय करने के लिए विद्युत, हाइड्रोलिक या वायवीय प्रणालियों का उपयोग करती है। हालांकि, मानव कंपन आवृत्तियों पर विद्युत के बड़े आयाम उत्पन्न करने के लिए आवश्यक बड़े आधारित संरचना के कारण ये प्रणालियां सीमित हैं। एसएमए हाथ से चलने वाले अनुप्रयोगों में सक्रियता का एक प्रभावी तरीका सिद्ध हुआ है और एक नए वर्ग के सक्रिय कंपन रद्दीकरण उपकरणों को सक्षम किया है।[44] इस प्रकार के उपकरण का एक हालिया उदाहरण लिफ़्टवेयर चम्मच है जिसे वास्तव में जीवन विज्ञान की सहायक कंपनी लिफ्ट लैब्स द्वारा विकसित किया गया है।

इंजन

ठंडे और गर्म पानी के जलाशयों में अपेक्षाकृत छोटे तापमान के अंतर से संचालित प्रायोगिक ठोस अवस्था ताप इंजन, 1970 के दशक से विकसित किए गए हैं, जिसमें रिजवे बैंक्स द्वारा विकसित बैंक्स इंजन भी सम्मिलित है।

शिल्प (क्राफ्टस)

मुक्त सीमा में उपयोग के लिए अपेक्षाकृत छोटी वृत्ताकार लंबाई में स्थिति किया जाता है।

ताप और शीतलन

सारलैंड विश्वविद्यालय के जर्मन वैज्ञानिकों ने एक प्रोटोटाइप मशीन का निर्माण किया है जो एक घूमने वाले सिलेंडर के चारों ओर प्रयुक्त निकेल-टाइटेनियम (नाइटिनोल) मिश्र धातु के तार का उपयोग करके ऊष्मा स्थानांतरित करता है। जैसे ही सिलेंडर घूमता है ऊष्मा एक तरफ अवशोषित हो जाती है और दूसरी तरफ प्रारम्भ हो जाती है, क्योंकि तार अपने उच्च प्रत्यास्थ स्थिति से अपने अनलोडेड स्थिति में परिवर्तित हो जाता है। सारलैंड विश्वविद्यालय द्वारा प्रारम्भ 2019 के एक लेख के अनुसार, जिस दक्षता से ऊष्मा स्थानांतरित की जाती है वह एक विशिष्ट ताप पंप या वातानुकूलक की तुलना में अधिक प्रतीत होती है।[45]

वर्तमान मे उपयोग आने वाले लगभग सभी वातानुकूलक और ऊष्मा पंप शीतलक के वाष्प-संपीड़न का उपयोग करते हैं। समय के साथ, इन प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले कुछ शीतल वातावरण में रिसाव हो जाते हैं और ग्लोबल वार्मिंग में योगदान करते हैं। यदि नई तकनीक जिसमें शीतलक का उपयोग नहीं किया जाता है आर्थिकिता और प्रयोगात्मक सिद्ध होती है तो यह जलवायु परिवर्तन को कम करने के प्रयास में महत्वपूर्ण सफलता प्रदान कर सकती है।[citation needed]

पदार्थ

मिश्र धातुओं की एक विविधता आकृति मेमोरी प्रभाव प्रदर्शित करती है। एसएमए के परिवर्तन तापमान को नियंत्रित करने के लिए मिश्र धातु घटकों को समायोजित किया जा सकता है जो किसी भी प्रकार से विस्तृत सूची मे नहीं है जिनमे से कुछ सामान्य प्रणालियां निम्नलिखित सम्मिलित हैं:

  • Ag-Cd 44/49 at.% Cd
  • Au-Cd 46.5/50 at.% Cd
  • Co-Ni-Al[46]
  • Co-Ni-Ga
  • Cu-Al-Be-X(X:Zr, B, Cr, Gd)
  • Cu-Al-Ni 14/14.5 wt.% Al, 3/4.5 wt.% Ni
  • Cu-Al-Ni-Hf
  • Cu-Sn, 15% Sn
  • Cu-Zn 38.5/41.5 wt.% Zn
  • Cu-Zn-X (X = Si, Al, Sn)
  • Fe-Mn-Si
  • Fe-Pt, 25 at.% Pt
  • Mn-Cu 5/35 at.% Cu
  • Ni-Fe-Ga
  • Ni-Ti, 55–60 wt.% Ni
  • Ni-Ti-Hf
  • Ni-Ti-Pd
  • Ni-Mn-Ga[47]
  • Ni-Mn-Ga-Cu
  • Ni-Mn-Ga-Co
  • Ti-Nb

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