چكيده :

آلياژ نايتينول از دو عنصر نيكل و تيتانيم با درصد اتمي مساوي يا نزديك به هم درست شده می باشد . اين آلياژ به سبب داشتن خواص منحصر به فردي همچون حافظه داري ، زيست سازگاري ، نرمي و سفتي انتخابي مورد توجه مهندسين صنايع جديد و متخصصين رشته هاي پزشكي و بيومواد قرار گرفته می باشد .

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

اين مقاله به تأثير رفتار سوپر الاستيك آلياژ نايتينول ‌پرداخته ؛ سوپر الاستيسيته توسط حفره‌ها ويژه شبيه شكل ، اندازه وتوزيع تخلخل كنترل مي گردد . كه سبب بهبود چقرمگي خواص الاستيك و استحكام فشاري و خواص مكانيكي ديگر مي گردد .

كلمات كليدي : نايتينول – سوپر الاستيك – حافظه داري – تخلخل ––چقرمگي
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

1- مقدمه :

اخيراً آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول نظر بسياري از محققين و مهندسين مواد را جلب كرده می باشد . زيرا خواص عالي و كاربردي بهينة‌آن ها به ويژه در پزشكي می باشد . ساختار حفره‌اي در آلياژ هاي حافظه دار نايتينول دانسيتة آلياژها را كاهش مي دهد و بيش از آن ، مدول يانگ آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول مي تواند بواسطه كنترل كردن خصوصيت حفره ها تنظيم گردد .

روش متالورژي پودر فرايند اطمينان بخش‌تر براي بقية‌آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول می باشد. توسط زينتر كردن عناصر پودري نيكل و تيتانيم ، روش متالورژي پودر شامل تكنيك هاي مختلفي می باشد شبيه زينتر كردن معمولي ( CS[1]) واكنش حرارت زياد خود پيشرو (‌SHS[2]) و فشردن ايزواستاتيك گرم ( HIP[3])تاكنون تهيه خواص مكانيكي آلياژهاي حافظه دار متخلخل توسط اين روش ها با رضايتمندي انجام نشده می باشد . شكل حفره هاي آلياژ متخلخل نايتينول توسط زينتر كردن معمولي زماني كه اندازة حفره ها كوچك باشد معمولاً بي قاعده می باشد . و در تكنيك فشردن ايزواستاتيك گرم آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول توزيع حفره ها آنيزوتروپيك و حفره هاي پيوستة بزرگي دارد بنابراين ساخت مواد نايتينول نوعاً ترد و سوپر الاستيسيته كمي را نشان مي‌دهند بنابراين توسعه روشي براي توليد آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول با توزيع مختلخل هموژن و ايزوتروپيك شكل حفره ها با قاعده و ميزان اندازه حفره ها به علاوه خواص مكانيكي رضايتمند لازم است . کوشش زياد جهت بهبود خواص مكانيكي و سوپر الاستيسيته آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول پيش از آن كه بتوان آن ها را در كاربردهاي پزشكي و مهندسي بهره گیری كرد انجام شده می باشد .نهايتاً گزارش گردید كه مواد سراميكي متخلخل كه توسط كپسول آزاد فشردن ايزواستاتيك گرم تهيه مي شوند . داراي توزيع حفره هاي هموژن و شكل حفره ها با قاعده وتخلخل باز قابل كنترل دارد مواد تهيه شده توسط اين روش خواص مكانيكي بهتر را نسبت به موادي كه توسط روش هاي زينتر معمولي تهيه شده بودند نشان مي دهند . در اين مطالعات ريز ساختار رفتار استحالة مارتنزيت وخواص مكانيكي آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول كه توسط كپسول آزاد فشردن ايزو استاتيك گرم تهيه شده بودند بررسي و با آلياژهاي اصلي كه توسط روش زينتر تهيه شده بودند مقايسه شدند .آلياژها تحت شرايط مختلف گذشت زمان ‌بر طبق بالا بردن سوپر الاستيسيته در دماي اتاق توسط دماي استحالة مارتنزيت كنترل شدند.

  • پروسة آزمايشگاهي :
  • شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

پودر عنصر تيتانيوم ( اندازة 70-50) با خلوط %99 و پودر نيكل ( اندازه
4-7) با خلوص 99% در اين كار بهره گیری شدند و مخلوط پودرها با تركيب اسمي تيتانيوم با 50 درصد نيكل توسط انرژي زياد دوراني آسيابي گلوله اي براي 4 ساعت مخلوط شدند در اين زمان مخلوط پودرها به صورت پرس سرد نمونه تر تحت فشار 100 در سيلندري با بهره گیری از پرس هيدروليك انجام گردید نمونه ها با بهره گیری از گاز آرگون محافظ در كوره HIP زينتر شدند و فرآيند زينتر معمولي به نمونة‌اصلي براي مقايسة و تطبيق بكار گرفته گردید پارامترها و شرايط فرآيند در جدول(1)نشان داده شده می باشد .

(جدول 1)شرايط آزمايشگاهي و پارامتر هاي قابل بهره گیری در آلياژ حافظه دار متخلخل نايتينول

متعاقباً نمونه ها در لولة‌كوره به عنوان عمليات پير Ageing)) بودند و به دنبال آن محيط كوئينچ آب يخ بود ميكروسكوپ الكتروني ( SEM) و طيف نمايي پراش پرتو ايكس ( EDX) و يك پراش سنج مي توان خصوصيات ريز ساختاري و ساختار كريستالي و تركيبي را بدست آورد . دانسيتة نمونه ها توسط اصل ارشميدس اندازه گيري گردید . همچنين آناليز حرارتي روبشي كالري سنج انتخابي براي دما استحاله فازي انتخاب گردید . ميكروسيستم محلول آناليز تصويري LEICA براي ارزيابي توزيع اندازة‌حفره ها قابل بهره گیری بود . ارزيابي خواص مكانيكي حفره هاي اصلي آلياژ حافظه دار نايتينول نمونه به شكل استوانه به طولmm 12و‌‌‌قطرmm 6بود كه آزمايش فشار هوا از اينسترون 420در يك نرخ كرنشي ثابت  انجام گردید .

3- بحث و نتايج

3-1- مرفولوژي و توزيع حفره ها :

همانطور كه مي دانيم ساختار درشت آلياژ حافظه دار متخلخل نايتينول بواسطه كپسول آزاد HIP توزيع حفره هاي ايزوترپيك و هموژن را ميتوان نشان داد .

(شكل6 )ميكروگراف نوري (الف) نمونة 1 HIP (ب)نمونه 2 HIP (ج) نمونه3 CS

ميكروگراف نوري نمونة‌توليد شده توسط كپسول آزاد HIP تحت پارامترهاي مختلف و نمونه اصلي توسط فرآيند زينتر به ترتيب آمده و به وضوح نشان داده شده می باشد كه در نمونه HIP بيشترين تخلخل به صورت موضعي وبه شكل كروي بسته كه ندرتاً حفره هاي كنارها پيوسته می باشد . بنابراين تفاوت هاي بين اين دو نمونه ( نمونة 1 ونمونة‌2) می باشد .

مثل اینکهً تعداد زيادي حفره هاي كوچك در نمونة (1) شكل(6- الف )مي بينيم و تعدادي از حفره هاي پيوسته را در حالي كه حفره هاي كوچك در نمونه (2) شكل (6- ب ) نظاره مي كنيم .اين حفره ها كاملاً موضعي می باشد .

اين نظريه ممكن می باشد بدين معني باشد كه فرآيند كپسول آزاد HIP مرفولوژي آلياژها حافظه دار متخلخل مي تواند تحت تغييرات پارامترهاي اين فرآيند كنترل گردد در حالي كه نمونة زينتر شده ، ميكروگراف نوري نمونه 3 ، كه تركيب اسمي مشابه نمونه HIP دارد به وضوح مي توان تفاوت مرفولوژي نمونة‌HIP كه شكل حفره ها بي قاعده و كوچكترين حفرة پيوسته ( 50<) می باشد را در شكل (6- ج) ببينيم. شكل( 7و8) توزيع اندازة دانه بر آلياژهاي حافظه دار متخلخل نايتينول كه تحت 3 شرايط متفاوت توليد شده می باشد را نشان ميدهد .

(شكل-7)توزيع اندازه حفره ها ي آلياژ حافظه دار متخلخل نايتينول توسط آناليز تصويري

نتايج مشخصي با بهره گیری از مقدار متوسط بدست آمد ه از پنج تصوير ميكروگراف نوري به صورت تصادفي از مقطع هر نمونه گرفته گردید. درصد نواحي ( يا كسر ) نسبت حضور حفره ها در آن مناطق به مناطق كل در دامنه اندازه حفره هاي مختلف اندازه گيري گردید . نظاره گردید كه اندازة حفره هاي متوسط و معمولي در كپسول آزاد HIP تحت شرايط متفاوت هر دو فرآيند حدود 50 تا 200 می باشد .

بنابراين تفاوت هاي درتوزيع اندازة‌حفره ها بين اين دو نمونه وجود داشت .تعداد زيادي حفره هاي بزرگ در نمونة(1)كه (200>) بود وجود داشت . بنابراين واضح می باشد كه توزيع اندازة حفره ها ميتواند اغلب با بهره گیری از پارامترهاي متفاوت فرايند تنظيم گردد . به علاوه نظاره گردید كه بيشترين حفره ها در نمونة زينترينگ كوچكتر از 100 می باشد كه اين نتايج بسيار مشابه بود به گزارش توسط ديگران كه انجام شده بود .

(شكل8)نمونة XRD مخلوط پودر NiTi در آلياژ متخلخل حافظه دار نايتينول كه تحت شرايط مختلف تهيه شده می باشد

در حالت‌كلي حفره ها در مواد متخلخل مي توانند به دو نوع كلاس طبقه بندي شوند:

كلاس اول : حفره هاي باز يا پيوسته با سطح خارجي نمونه هستند . خلل و فرج و () به عنوان كسر حجمي خلل و فرج به حجم كلي به صورت زير تعريف مي گردد:

چگالي حجمي مواد و چگالي حجمي تئوري مواد( كه اينجا   54/6 براي تيتانيوم با 8/5 درصد آلياژ درصد نيكل و gcm-3 19/6 براي مخلوط تيتانيوم در درصد پودرنيكل )‌ كسر تخلخل باز به عنوان نسبت تخلخل باز ()به تخلخل
() تعريف مي گردد كه توسط روش وزن مايع تعيين مي گردد . وتخلخل نمونه هاي (1) و (2) به ترتيب 9/41% و 2/39% بر طبق اندازه گيري هاي انجام شده تخلخل نمونة فشرده شدة تر 1/36% می باشد و نسبت تخلخل باز 6/42% و 6/60% به ترتيب
مي باشد .

كه اين افزايش تخلخل روي HIP به هيچ وجه نمي ارزد . زيرا ممكن می باشد از حبس شدن گاز در فشردگي تر در آخرين مرحلة منبسط شدن زينترينگ ناشي گردد .

البته به وجود آمدن بيشتر حفره ها از حفره هاي انقباظي ناشي مي گردد . زماني كه انجامد فاز مايع دماي ‌زينترينگ فرآيند HIP بالاي دماي اتوكتوئيد باشد .

حفره هاي كروي و مجزا آثار حبس شدن گاز در نمونه هاي HIP می باشد همانطور كه در شكل( 6-ب) نظاره مي گردد جاي كه حفره ها ناپيوسته نيستند در فشاري بالاتر از Mpa 150، به خوبي بالاي اين مقدار تحت حمايت مي باشند .

3-2- ارزيابي ريز ساختار :

نمونة XRD مخلوط پودر نايتينول و سه نمونة ديگر در شكل (8 ) نشان داده شده می باشد .

همانطور كه نظاره مي گردد فاز TiH2 در مخلوط پودر نايتينول به اضافه فاز نيكل و تيتانيم هست . يكي از دلايل موجود ناخالصي در پودر تيتانيم توليد آن از هيدروژن گيري TiH2 می باشد .

در نمونه (1) و نمونة‌(2) خصوصيات آن دو نشان مي دهد كه فازهاي اصلي نايتينول (B`19,B1) می باشد.( توضيح در ساختار هاي كريستالو گرافي) پس Ti2Ni فاز دوم آشكار شده می باشد .

بنابراين تفاوت كمي در فاز ريز ساختار بين اين دو نمونه هست ؛ پس مستلزم اين می باشد كه فشار گرم و زمان زينترينگ تأثير روي فاز تشكيل شده ندارد . پس ارزشي ندارد كه مقدار اضافي فازنيكل غني شده ( Ni3Ti) جزء باقيمانده Ti در نمونه 3 آشكار گردد .درنمونه 3 دماي زينتر كردن پايين تر از° (k1223) و نمونة‌(1) و (2) °(k1323) می باشد .

و واكنش زينترينگ در نمونه 3 فعاليتش كمتر مي گردد در نمونة‌(1) و (2) دماي زينتر °(k1323) كه به وضوح بالاتر از دماي دما اتوكتيك در سيستم آلياژ دو تايي نايتينول می باشد . فازهاي مايع زيادي در طول فرآيند زينتر مي تواند كامل انجام گردد ، اگر چه فاز مايع در نتيجه تعدادي فاز شبيه Ti2Ni , Ni3Ti در فاز ثانويه و مقدار جزئي از تيتانيم باقي مي ماند .

برای دیدن قسمت های دیگر این پژوهش لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد بهره گیری کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.


دیدگاهتان را بنویسید