Stopy inteligentne – materiały z pamięcią kształtów
Rozwój technologiczny i naukowy obejmuje wszystkie dziedziny naszego życia, w tym również procesy produkcyjne i stosowane w nich materiały. Jednym z najnowszych osiągnięć, nad którym pracowano od 1962 roku, są specjalne stopy inteligentne, posiadające zdolność zapamiętywania kształtów.
Trzy różne zjawiska efektu pamięci kształtu
Powstanie stopów inteligentnych wiąże się z próbami przeprowadzonymi w 1962 roku przez W. J. Buehlera, badającego materiał złożony z dwóch komponentów – niklu i tytanu. Naukowiec zauważył prawidłowość, podczas której materiał poddawany odkształceniu po podgrzaniu do określonej temperatury powrócił do swojej postaci macierzystej. Przekształcanie to nie jest przypadkowe i wiąże się z określonymi poziomami temperatur, konkretnymi dla każdego stopu, stanowiącymi granicę przejścia pomiędzy jedną a drugą formą strukturalną materiału. Oznacza to, że na określonym poziomie temperatury dany stop zmienia swoją strukturę wewnętrzną, a po zmianie temperatury powraca do struktury pierwotnej. Fazy te nazywane są austenitem i martenzytem.
O zjawisku przemiany z jednej fazy strukturalnej w drugą mogą decydować trzy różne zjawiska. Pierwszym z nich jest jednokierunkowy efekt pamięci kształtu, polegający na przemianie strukturalnej podczas odkształcenia przedmiotu, a następnie powrocie do fazy pierwotnej po odpowiednim podgrzaniu. Drugim zjawiskiem jest tzw. pseudosprężystość. Polega ona na zmianie struktury i jej odwracalności nie pod wpływem naprężeń. Po obciążeniu następuje przekroczenie granicy naprężeń powodujące zmianę w strukturze materiału. Zdejmowanie obciążenia oznacza powolny powrót do pierwotnej formy. Trening materiału wykazującego własności pseudosprężyste polega na obciążaniu w wysokiej temperaturze. Trzecie zjawisko to dwukierunkowy efekt pamięci kształtu, sprowadzający się do zapamiętania przez materiał zarówno kształtu macierzystego, jak i po odkształceniu.
Zastosowanie stopów z efektem pamięci kształtu
Jak można sobie wyobrazić takie inteligentne materiały, które mogą w odpowiednich warunkach samoistnie powracać do pierwotnie nadanej im formy, mogą mieć bardzo szerokie zastosowanie w praktyce. Podstawowym odbiorcą jest przemysł, wykorzystujący materiały inteligentne w produkcji wielu maszyn i urządzeń. Dzięki nim możliwa jest miniaturyzacja, stanowiąca podstawowy kierunek rozwoju w dzisiejszych czasach. Maszyny i urządzenia są też znacznie prostsze w konstrukcji, a więc tańsze i łatwiejsze w obsłudze. Typowe przykłady zastosowania materiałów z pamięcią kształtu to np.: automatyczne systemy zamykania i otwierania okien w szklarniach, systemy regulacji dopływu paliwa i powietrza w gaźnikach samochodowych, temperaturowe zawory bezpieczeństwa w sieci gazowej, czujniki przeciwpożarowe, układy tłumiące drgania i hałas i wiele innych.
Ważnym odbiorcą produktów z inteligentnych stopów metali jest też medycyna. Stopy z pamięcią kształtu są idealnym materiałem do wytwarzania implantów, które są nie tylko trwalsze, ale i prostsze w procesie wszczepiania. Dzięki możliwości tworzenia różnych stopów w implantach stosuje się takie połączenia, których przemiana odwrotna następuje w ciele pacjenta, pod wpływem jego temperatury wewnętrznej. Popularne rozwiązania medyczne to na przykład druty łukowe w ortodoncji, płytki do osteosyntezy, tulejki dystansowe w leczeniu schorzeń kręgosłupa czy gwoździe kostne.
