تحقیق مقاله کنترل تخلخل و سوپرالاستیسیته آلیاژ های حافظه دارمتخلخل نایتینول تهیه شده توسط روش فشردن ایزواستاتیک گرم

چکیده :

 آلیاژ نایتینول از دو عنصر نیکل و تیتانیم با درصد اتمی مساوی یا نزدیک به هم درست شده است . این آلیاژ به سبب داشتن خواص منحصر به فردی همچون حافظه داری ، زیست سازگاری ، نرمی و سفتی انتخابی مورد توجه مهندسین صنایع جدید و متخصصین رشته های پزشکی و بیومواد قرار گرفته است .

 این مقاله به تأثیر رفتار سوپر الاستیک آلیاژ  نایتینول ‌پرداخته ؛ سوپر الاستیسیته توسط حفره‌ها ویژه شبیه شکل ، اندازه وتوزیع تخلخل کنترل می شود . که سبب بهبود چقرمگی خواص الاستیک و استحکام فشاری و خواص مکانیکی دیگر می شود .

کلمات کلیدی : نایتینول – سوپر الاستیک – حافظه داری – تخلخل ––چقرمگی 

1- مقدمه :

اخیراً آلیاژهای حافظه دار متخلخل  نایتینول نظر بسیاری از محققین و مهندسین مواد را جلب کرده است . زیرا خواص عالی و کاربردی بهینه ‌آن ها به ویژه در پزشکی است . ساختار حفره‌ای در آلیاژ های حافظه دار نایتینول  دانسیته آلیاژها را کاهش می دهد و بیش از آن ، مدول یانگ آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول می تواند بواسطه کنترل کردن خصوصیت حفره ها تنظیم شود .

 روش متالورژی پودر فرایند اطمینان بخش‌تر برای بقیه ‌آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول است. توسط زینتر کردن عناصر پودری نیکل و تیتانیم ، روش متالورژی پودر شامل تکنیک های مختلفی است شبیه زینتر کردن معمولی ( CS[1]) واکنش حرارت زیاد خود پیشرو (‌SHS[2]) و فشردن ایزواستاتیک گرم ( HIP[3])تاکنون تهیه خواص مکانیکی آلیاژهای حافظه دار متخلخل توسط این روش ها با رضایتمندی انجام نشده است . شکل حفره های آلیاژ متخلخل نایتینول توسط زینتر کردن معمولی زمانی که اندازه حفره ها کوچک باشد معمولاً بی قاعده  است . و در تکنیک فشردن ایزواستاتیک گرم آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول توزیع حفره ها آنیزوتروپیک و حفره های پیوسته بزرگی دارد بنابراین ساخت مواد نایتینول نوعاً ترد و سوپر الاستیسیته کمی را نشان می‌دهند  بنابراین توسعه روشی برای تولید آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول با توزیع مختلخل هموژن و ایزوتروپیک شکل حفره ها با قاعده و میزان اندازه حفره ها به علاوه خواص مکانیکی رضایتمند ضرورت دارد . تلاش زیاد جهت بهبود خواص مکانیکی و سوپر الاستیسیته آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول پیش از آن که بتوان آن ها را در کاربردهای پزشکی و مهندسی استفاده کرد انجام شده است  .نهایتاً گزارش شد که مواد سرامیکی متخلخل که توسط کپسول آزاد فشردن ایزواستاتیک گرم تهیه می شوند . دارای توزیع حفره های هموژن و شکل حفره ها با قاعده وتخلخل باز قابل کنترل دارد مواد تهیه شده توسط این روش خواص مکانیکی بهتر را نسبت به موادی که توسط روش های زینتر معمولی تهیه شده بودند نشان می دهند . در این مطالعات ریز ساختار رفتار استحاله مارتنزیت وخواص مکانیکی آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول که توسط کپسول آزاد فشردن  ایزو استاتیک گرم تهیه شده بودند بررسی و با آلیاژهای اصلی که توسط روش زینتر تهیه شده بودند مقایسه شدند .آلیاژها تحت شرایط مختلف گذشت زمان ‌بر طبق بالا بردن سوپر الاستیسیته در دمای اتاق توسط دمای استحاله مارتنزیت کنترل شدند.

پروسه آزمایشگاهی :

(جدول 1)شرایط آزمایشگاهی و پارامتر های قابل استفاده در آلیاژ حافظه دار متخلخل نایتینول

 (جدول در فایل اصلی موجود است)

 متعاقباً نمونه ها در لوله ‌کوره به عنوان عملیات پیر Ageing)) بودند و به دنبال آن محیط کوئینچ آب یخ بود میکروسکوپ الکترونی ( SEM) و طیف نمایی پراش پرتو ایکس ( EDX) و یک پراش سنج می توان خصوصیات ریز ساختاری و ساختار کریستالی و ترکیبی را بدست آورد . دانسیته نمونه ها توسط اصل ارشمیدس اندازه گیری شد . همچنین آنالیز حرارتی روبشی کالری سنج انتخابی برای دما استحاله فازی انتخاب شد . میکروسیستم محلول آنالیز تصویری LEICA برای ارزیابی توزیع اندازه ‌حفره ها قابل استفاده بود . ارزیابی خواص مکانیکی حفره های اصلی آلیاژ حافظه دار نایتینول نمونه به شکل استوانه به طولmm 12و‌‌‌قطرmm 6بود که آزمایش فشار هوا از اینسترون 420در یک نرخ کرنشی ثابت   انجام شد .

3- بحث و نتایج

3-1- مرفولوژی و توزیع حفره ها :

 همانطور که می دانیم ساختار درشت آلیاژ حافظه دار متخلخل نایتینول بواسطه کپسول آزاد HIP توزیع حفره های ایزوترپیک و هموژن را میتوان نشان داد .

(شکل در فایل اصلی موجود است)

 (شکل6 )میکروگراف نوری (الف)  نمونه 1  HIP (ب)نمونه 2 HIP  (ج) نمونه3 CS

میکروگراف نوری نمونه ‌تولید شده توسط کپسول آزاد HIP تحت پارامترهای مختلف و نمونه اصلی توسط فرآیند زینتر به ترتیب آمده و  به وضوح نشان داده شده است که در نمونه HIP بیشترین تخلخل به صورت موضعی وبه شکل کروی بسته که ندرتاً حفره های کنارها پیوسته است . بنابراین تفاوت های بین این دو نمونه ( نمونه 1 ونمونه ‌2) است .

 Abestract:

Nitinol a Shape memory alloy Containing nickle  and titanium With equal or Close to eachother atomic percentages . Because of desirable properties Such as a Shape memory effect , Biocompatibility , Selective Stifenss or Softness and mechanical Strength , it's use in Such advanced Systems as intelligent technologies , biomaterial an automatic equipments is now Seriously of the Cansidered. This paper reports superelastic behaviour of the SMA which is controlled by pore Characteristics Such as Pore Shape, pore Size and pore distribution is important for improving the taughness, elastic properties , Compression Strength and other mechanical properties.   .                         Keyword:Nitinol-Superelastic-Shapememory- Toughness.3