آلیاژ حافظه دار وباهوشترین الیاژ تاریخچه نیتینول


گرد آورنده: هادی جاویدان

لکترونیکی
نیتینول است از آلیاژ نیکل و تیتانیوم که متعلق به دسته از مواد به نام شکل آلیاژهای حافظه (محمدعلی). محمدعلی کرده اند جالب خواص مکانیکی. نیتینول برای قرارداد به عنوان مثال هنگامی که حرارت داده ، که در مقابل فلزات به استاندارد ، که گسترش زمانی که گرم می شود. نه تنها قرارداد آلیاژ ، بلکه آن را به تولید 100 برابر جنبش (انبساط ، انقباض) حرارتی فلزات از استاندارد است. یکی دیگر از ویژگی های جالب از محمدعلی در اثر حافظه شکل (SME) است. آلیاژ را می توان حرارت قرار می گیرند تا به یاد داشته باشید یک شکل خاص است. پس از آن ، اگر شکل است خم شده و تحریف ، آلیاژ ممکن است گرم می شود دوباره به شکل اصلی آن است. ملک SME در اسباب بازی های چند مانند اسباب بازی Livewire استفاده می شود. با توجه به جهت ، آن را خم را به شکل نامنظم است ، قرار داده شده در آب گرم و سیم میآید دوباره به شکل. اسباب بازی Livewire است از سیم نیتینول با دمای انتقال پایین (دمای آب گرم) ساخته شده است.

تاریخچه نیتینول
اگر چه مردم شناخته شده و مورد آزمایش قرار SMAs از سال 1932 ، آن را تا 1961 که آنها را از آزمایشگاه آمد نبود. ویلیام Beuhler ، کار در آزمایشگاه های نیروی دریایی آمریکا ، کشف اثر SME در آلیاژ نیکل و تیتانیوم. در آن زمان تیم علمی در تلاش بودند به منظور توسعه و گرما مقاوم در برابر خورنده آلیاژ. اما چیزی که آنها کشف شد نسبتا ارزان و مطمئن تر (غیر سمی) محمدعلی. نام تیم جدید آلیاژ نیتینول (تلفظ شب در تمام). نام نمایندگی قطعات اصلی (عنصری) و مکان از مبدا. "نیکل" و "تیتانیوم" هستند نمادهای اتمی برای نیکل و تیتانیوم. "NOL" مخفف نیروی دریایی فرمان آزمایشگاه که در آن کشف شد. ترکیبی از نیکل تیتانیوم در نیتینول است در مورد برابر است. کوچکترین تغییر در نسبت دو ترکیبات است تاثیر بسیار زیادی بر درجه حرارت انتقال از آلیاژ حاصل. برای نمونه ، تفاوت 1-2 ٪ در درجه حرارت متفاوت نسبت گذار از -100 درجه سانتی گراد 100 درجه سانتی گراد هر شرکت تولیدی محصولات نیتینول باید نسبت به اجزای سطح دقیق برگزاری پایدار و قابل تکرار دمای انتقال ، تا مطمئن شویم. آلیاژ نیتینول ما در حال آزمایش است با دمای انتقال از 70 درجه سانتی گراد

چگونه عمل می کند
خواص نیتینول تکیه بر آن ساختار پویا بلورین. ساختار مولکولی حساس به تنش های خارجی و دما. آلیاژ دارای سه مرحله دمای تعریف شده است.
1. فاز آستنیت. درجه حرارت بالاتر از دمای گذار. دمای انتقال بسته بر ترکیب دقیق از آلیاژ نیتینول ؛ آلیاژهای تجاری معمولا درجه حرارت انتقالی بین 70 درجه سانتی گراد تا 130 درجه سانتی گراد (158 درجه فارنهایت تا 266 درجه فارنهایت). قدرت و صلابت که با آن عملکرد مواد تلاش می کند به بازگشت به شکل اولیه خود قابل توجه است ؛ 35،000 تا 70،000 پسی. ساختار بلورین مکعبی است. 2. فاز مارتنزیتی. کم فاز دما. ساختار بلوری است سوزن مانند و جمع آوری شده در حوزه های کوچک است. در درون حوزه های کوچک کریستال های سوزن مانند در تراز وسط قرار دارد. آلیاژ ممکن است خم شده و یا به راحتی شکل گرفته است. فشار برای تغییر شکل 10،000 20،000 پسی است. خم تبدیل ساختار بلورین از آلیاژ تولید تنش داخلی.
3. آنیل فاز. مرحله بالا دما. آلیاژ خواهد شد (مکعب) ساختار کریستالی خود به "به یاد داشته باشید" شکل کنونی خود reorient. مرحله سرد شدن آهسته برای سیم نیتینول ما در حال کار است با
540 ° C.

خواص فیزیکی
استحکام کششی 200.000 پسی
نقطه ذوب 1،250 درجه سانتی گراد (2،282 درجه فارنهایت)
مقاومت 1.25 اهم در هر اینچ (0.006 سیم)

مقاوم در برابر خوردگی

هنگامی که نیتینول در دمای اتاق آن را در فاز مارتنزیتی است. وقتی که آلیاژ خم ، ساختار بلوری سوزن مانند در تغییر شکل حوزه ، ایجاد تنش های داخلی. وقتی که آلیاژ بالاتر از دمای انتقالی آن (فاز آستنیت) ، تغییر ساختار بلورین از سوزن شبیه به مکعب گرم می شود. ساختار مکعبی از آلیاژ کند را به فضا همان ساختار سوزن مانند دامنه تشکیل شده که آلیاژی خم شد متناسب نیست. آلیاژ استرس را تسکین می دهد با بازگشت به آن "به یاد" شکل کریستالی مکعب می باشد. اگر تا به هر آلیاژ نشده است و یا تغییر شکل استرس ، تغییرات ساختار بلوری هنوز رخ می دهد ، اما در هر جنبش خالص منتج نمی شود.

سیم نیتینول
نیتینول تولید شکل ازسرگیری نیروی £ 22،000 در هر اینچ مربع است. در آزمایش های ما ما با هر 6 - میلیون (قطر 0.006 اینچ) محل کار یا 15 - میلیون (0.015 اینچ قطر) سیم. سیم 6 - میلیون تا یک نیروی contractive از 11 اونس ؛ سیم 15 - میلیون تا یک نیروی contractive از 63 اونس (4 پوند). سیم فعالیت می تواند قرارداد به 8 ٪ -10 ٪ از طول آن است. برای طول عمر طولانی (بیشتر از 1،000،000 چرخه) ، انقباضات باید به تنها 6 ٪ از طول آن محدود شده است. انقباض و استراحت بستگی دارد تنها در دمای سیم آلیاژ نیتینول. هر روش گرمایش و سرمایش استفاده می شود. راه آسان برای حرارت سیم و یکی است که معمولا به کار می باشد عبور جریان الکتریکی از طریق آن. سیم نیتینول دارای مقاومت بالا ، در حدود 1.25 اهم در هر اینچ برای سیم 6 - میلیون. مقاومت سیم به جریان الکتریکی تولید حرارت کافی (گرمایش اهمی) را به همراه سیم از طریق انتقال حرارت آن است. سیم نیتینول معمولا ضد زور در جهت مخالف از انقباض خود را به آن اعمال. بازنشانی نیروی ضد ، یا امتداد سیم به طول اولیه خود را زمانی که در فاز دمای پایین. این است که به نام نیروی تعصب.


اگر سیم نیتینول است بدون زور تعصب به دمای انتقال آن به ارمغان آورد آن را قرارداد ، با این حال ، زمانی که آن را سرد می کنم که بازگشت به طول اصلی آن است. در نتیجه ، بدون نیروی تعصب ، زمانی که سیم دوباره گرم شده است بدون انقباض بیشتر برگزار خواهد شد. در اکثر برنامه های کاربردی نیروی تعصب است به سیم به طور مداوم استفاده شود. شکل 2 نشان میدهد که دو روش استفاده از نیروی تعصب ، بهار و وزن استاتیک می باشد. سرعت و قدرت انقباض سیم بستگی دارد که چگونه سریع و چگونه بالا درجه حرارت از سیم افزایش می یابد. به عنوان مثال ، 400mA جریان الکتریکی از سیم 6 - نیتینول میلیون خواهد کشش حداکثر 11 اونس و انقباض کامل در یک ثانیه تولید کند.
زمان واکنش سریع تر می تواند ، در محدوده میلی ثانیه. برای رسیدن به این پالس های جریان بالا مدت زمان کوتاه استفاده می شود. هنگامی که انجام این کار در نظر باید به جرم و سرعت از مواد به حرکت داده می شود. هر چه سریعتر حرکت توده با توجه به بزرگتر اینرسی که باید بر آن فائق. اگر جبر می شود بزرگتر از 6 پوند برای سیم 6 - میلیون ، آن را بشکن.
کامل نیروی contractive است در ابتدای چرخه تولید می شود. در مقابل به solenoids استاندارد الکتریکی است که توسعه قدرت کامل در نزدیکی پایان دوره خود را.

فعال کردن سیم نیتینول همانطور که گفته شد ، سیم نیتینول می تواند به سادگی با عبور جریان الکتریکی از سیم گرم می شود. مقاومت سیم گرم شده و آن را قرارداد. حجم سیم نشانی در طول انقباض تغییر نمی کند. به عنوان سیم کاهش می یابد در طول ، افزایش قطر خود را با مقدار متناسب ، حفظ حجم سیم ثابت است. دمای فعال شدن سیم 70 درجه سانتی گراد یا 158 است ° F.
گرمایش مستقیم برق
سیم نیتینول می تواند فعال شود با استفاده از ولتاژ دی سی کم (6 -- 12volts) منبع تغذیه. مدار ساده را می توان با استفاده از یک باتری ساخته شده ، سوئیچ و طول کوچک از سیم نیتینول (نگاه کنید به شکل 4). هنگامی که فعال کردن سیم با استفاده از دی سی فعلی مهم است که نه زیاد گرم سیم ، و یا خواص آن را کاهش دهد. جریان دی سی می کند سیم گرما نیست به طور هموار. روش بهتر است برای گرم کردن سیم با استفاده از مدولاسیون عرض پالس.



تظاهرات ساده نیتینول
شکل 5 یک تظاهرات ساده مکانیکی برای نشان دادن خواص آلیاژ سیم نیتینول است. این است که اساسا عضله الکتریکی که flexes. مواد لازم سه پیچ ماشین (6-32 × 2 "طول) با نه آجیل ، تکه ای از چوب یا پلاستیک حدود 12" طولانی ، گسترش بهار کوچک (تقریبا 2-3 "طول) و البته طول از سیم نیتینول.

دستگاه پیچ ، آجیل و بهار گسترش ممکن است در فروشگاه های سخت افزاری محلی خریداری کرد. برای اینکه دستگاه ، تمرین دو سوراخ در چوب به پایان می رسد در مقابل به جای پیچ های دستگاه به عنوان نشان داده شده است. پیچ و مهره های بین پیچ پایان دو این است که چوب امن نیست ، اما ایستاده است رایگان. سیم نیتینول است به سمت چپ پیچ متصل می شود (مشاهده جزئیات در شکل 5). بهار در راه است پیچ سمت راست looped. رایگان ماشین ایستاده پیچ و مهره متصل سیم نیتینول و بهار با هم.
به خاطر داشته باشید سیم 6 - میلیون نیتینول است کشش حدود 11 اونس ، پس بهار کشش نه چندان دور که تنش آنقدر بزرگ است سیم نیتینول می تواند به قرارداد نیست. در عین حال باید آن را محکم به اندازه کافی برای آن را شل کردن از سیم نیتینول هنگامی که آرام است.
برای ایجاد اتصالات از منبع تغذیه دی سی از این تظاهرات ، استفاده از پوست تمساح کوچک کلیپ بلوز سیم اتصال به پشت پیچ دو پایان. پیچ های دستگاه و همچنین بهار رسانا هستند ، اجازه می دهد به جریان فعلی به سیم نیتینول.
هنگامی که شما در حال حاضر به تظاهرات واحد سیم نیتینول سوئیچ ، سیم به سرعت گرم شده ، قراردادها و نیش ترمزی میزند دستگاه freestanding پیچ نزدیک تر به سمت راست. اگر شما علامت و موقعیت با شروع از پیچ ماشین freestanding ، شما با دقت می تواند انقباض سیم اندازه گیری کند. هنگامی که قدرت حذف سیم سرد ، اجازه می دهد تا بهار کشیده سیم نیتینول و بازگشت به موقعیت اولیه آن است.
از آنجایی که ما با استفاده از یک منبع تغذیه دی سی ، تنها قدرت لحظه در تماس باشید. خیلی آسان به حرارت سیم و تنزل خواص نیتینول. در صفحه بعد ، ما را بر این سیستم را بهبود بخشد.

کنترل بهتر برق
در صفحه قبل ، ما فعال سیم نیتینول با استفاده از دی سی اساسی فعلی است. در حالی که این کار می کند ، از آن آسان است به بر افروختن و به طور بالقوه آسیب سیم نیتینول. این ماه ما مدولاسیون عرض پالس (PWM) ساخت مدار است. فعال کردن سیم نیتینول با استفاده از مدولاسیون عرض پالس دارای مزایای مجزا می باشد. نوسانی در کردن از قدرت اجازه می دهد تا برای بیشتر حتی حرارت دادن سیم (نقاط داغ را کاهش می دهد). چرخه وظیفه موج مربع می تواند متنوع برای تولید یک درجه ای از کنترل متناسب با بیش از انقباض می شود. این عوامل به ما اجازه فعال کردن سیم نیتینول با کنترل بهتر برای دوره های طولانی تر از زمان و بدون حرارت باعث آسیب به ساختار بلورین از آلیاژ نیتینول.
مدار PWM است از یک تایمر 555 ساخته شده ، (شکل 6). با استفاده از دو ترانزیستور Q1 و Q2 و پتانسیومتر با تایمر 555 می توان خروجی با فرکانس ثابت نسبی با ظرفیت متغیر ایجاد کنید.



هنگامی که خروجی تایمر (پایه 3) بالا می رود ، هر دو ترانزیستور Q1 را روشن کنید و در Q2. فعلی را از طریق Q1 ، R3 و بخشی از پتانسیومتر (R4) تعیین ره اتهامات زمان خازن C1. هنگامی که ولتاژ C1 می رسد در تاریخ 2 / 3 Vcc ، در خروجی تایمر 555 (پین 3) کم می رود.
در این مرحله هر دو ترانزیستور Q1 و Q2 خاموش. خازن C1 شروع به تخلیه از طریق بخشی از پتانسیومتر (R4) به عنوان رعب و R5 از طریق پین 7 (پین تخلیه) تعیین شده از تایمر 555. هنگامی که ولتاژ در C1 قطره به 1 / 3 Vcc خروجی سوئیچ های بالا و زمان چرخه تکرار.
چرخه وظیفه خروجی موج مربع را می توان توسط مختلفی مقاومت پتانسیومتر تغییر داد.
خروجی تایمر 555 (پین 3) متصل به یک ترانزیستور ماسفت سوئیچ ها که در حال حاضر و خاموش را به سیم نیتینول. اگر جریان از مدار PWM بسیار قدرتمند برای کنترل سیم نیتینول متناسب ، محل اهم 8 - (2 وات یا بیشتر) در مقاومت سری با سیم نیتینول به کاهش قدرت.

Superelasticity
Superelasticity اموال منحصر به فرد ازست. اگر در دمای کمی بالاتر از دمای انتقال آن تغییر شکل ، آن را چشمه حق بازگشت را به شکل. این خاصیت فنری superelasticity نامیده می شود. شرکتهای عضو تولید کننده را در پیدا کردن این خاصیت مفید پزشکی و دندان برنامه های کاربردی با حروف بزرگ.
به عنوان مثال ، درجه حرارت پایین سیم نیتینول به عنوان سیم ارتودنسی - قوس در پرانتز استفاده شده است. سیم نیتینول فراهم می کند یک نیروی ثابت در پایین درجه حرارت بدن انسان استفاده می شود به حالت مستقیم در حالی که دندان کاهش نیاز به سیم retightening. دمای انتقال از این سیم ساخته می شوند به طوری که نیروی آنها را تولید در دمای دهان انسان (در حدود 37 درجه سانتی گراد) (98.6 درجه فارنهایت).
Supereleastic لوله نیتینول به عنوان کاتترهای جراحی استفاده می شود. کاتتر نیتینول می تواند خم شود بیشتر از همتایان خود اجازه می دهد فولاد جراحان برای دسترسی به نواحی دشوار را از بدن انسان است.

جهتدار رقمی
این پروژه با استفاده از سیم نیتینول برای ایجاد یک رقمی جهت. با استفاده از سه یا چهار جهت رقم در یک دایره می تواند پایه gripper بازوی روباتیک ایجاد کنید. رقمی متشکل از 3-4 اینچ لاستیک انعطاف پذیر و یا لوله سیلیکون ، 12 اینچ از سیم نیتینول ، 12 اینچ از 22 رشته سیم عایق Ga. ، 6-32 یک دستگاه با دو پیچ مهره ، 8-32 دستگاه پیچ با دو آجیل و تقریبی 7 اینچ لوله های پلاستیکی سخت است.
نگاهی طول لوله لاستیکی و برش چهار یا پنج louvers در یک طرف (نگاه کنید به شکل 7). شما می توانید با استفاده از قیچی louvers یا برش سیم برش. louvers نیروی لاستیک لوله سقوط به یک طرف (جهت دار) وقتی که متراکم می شود. بعد نگاهی 6-32 دستگاه پیچ و مهره. موقعیت یک سر سیم نیتینول تحت سر پیچ و مهره سفت یکی در برابر آن. سپس 1 / 2 اینچ از عایق از 22 Ga. سیم ، حذف پوشش بخشی از سازمان ملل متحد 22 Ga. عایق سیم پیچ اطراف 6-32 تحت مهره اول است. سفت کردن مهره دوم در برابر 22 Ga. سیم.


موضوع باز به پایان می رسد از سیم نیتینول و 22 Ga. سیم از طریق لوله های لاستیکی و سپس از طریق لوله های پلاستیکی سخت است. مهره 6-32 برگزاری 22 Ga. سیم و سیم نیتینول باید خیط و پیت کردن با بالا از لوله های لاستیکی. امن پایه لاستیکی لوله به بالا از لوله های پلاستیکی سخت با نوار (پوشش ، زخمی کردن یا الکتریکی).
ضمیمه رایگان پایان از سیم نیتینول به 8-32 دستگاه پیچ و مهره به شیوه ای مشابه به عنوان قبل از شرح داده شده. 8-32 دستگاه پیچ و مونتاژ سیم نیتینول باید در پایه لوله پلاستیک سخت ، قرار بدون فضای آزاد ، در میان. شما ممکن است لاستیک فوقانی لوله در حالی که اتصال 8-32 دستگاه پیچ می توانید آن را به درستی به سمت سقوط.
ضمیمه مدار PWM به سیم نیتینول (از طریق 8-32 دستگاه پیچ) و سر آزاد سیم Ga. 22. با چرخش پتانسیومتر شما قادر خواهید بود در خم شدن و رقمی بالا لاستیک قسمت لوله. رقمی خواهد شد در جهت louvers خم. کاهش قدرت رقمی به حالت مستقیم خارج اجازه می دهد.
اگر به سه یا چهار نفر از این رقم در یک دایره ، با اشاره louvers نسبت به مرکز ، به شما خواهد gripper ابتدایی داشته باشد.

موتورهای حرارتی
اگر شما فکر می کنید که مواد نیتینول که مواد بسیار عالی برای ساخت موتورهای گرما تو تنها نمی کنند. در طول این سالها تعدادی از آزمایشگران و شرکت ها ایجاد موتورهای گرما نیتینول. جستجو پتنت بر روی اینترنت با استفاده از کلید نیتینول کلمات و موتور تبدیل شده تا طرح های چند حرارت موتور. بسیاری از طرح های پیچیده مکانیکی اختراع هستند و می توانم خود را به من قرض بدهید نه به راحتی برای آزمایش سریع است. با این حال ، ساده گرما طراحی موتور که راه خود را در چند اسباب بازی یافت می شود وجود دارد. بیایید نگاهی گذرا به این طرح.


Thermobile
Thermobile (نگاه کنید به شکل Cool ، با استفاده از یک حلقه از سیم نیتینول به تولید برق. حلقه نیتینول است بر روی دو چرخ دوار رایگان قرار داده شده ، این دستگاه با استفاده از تنها آب گرم (سمت گرم) و سرد هوا محیط (سمت خنک). برنج چرخ کوچکتر از Thermobile در مایع داغ قرار دارد.
در Thermobile حلقه سیم نیتینول آموزش داده شده است به خاطر داشته باشید شکل راست. وقتی حلقه سفر به آب گرم آن را بالاتر از دمای انتقال آن به ارمغان آورد و تلاش به حالت مستقیم خارج. نگاه در شکل 9 ، در موقعیت 1 سیم نیتینول نسبتا صاف و سرد. همانطور که حرکت سیم از موضع 1 - 2 ، آن را در اطراف خم چرخ برنجی کوچک و وارد آب داغ. به عنوان سیم حرکت از موضع 2 - 3 ، آب داغ به ارمغان می آورد سیم نیتینول بالاتر از دمای انتقال آن و تلاش می کند آن را به حالت مستقیم خارج. هنگامی که تلاش به حالت مستقیم از سیم نیتینول طول می کشد شکل به تصویر کشیده شده توسط خطوط نقطه چین. در انجام این کار ، سیم تولید نیروی عمل کشیدن ، اف ، همراه حلقه. به عنوان سیم حرکت قطعه از موضع 3 - 4 straightens از آن. به عنوان سیم سفر از موقعیت 4 به 1 و موقعیت ، از طریق هوا و اطراف چرخ بزرگ آن را تا به زمان کافی برای سرد کردن در زیر دمای انتقال آن و آماده است برای دیگری چرخه.

به طور خلاصه ، تفاوت درجه حرارت باعث از یک طرف به حلقه سفت (سمت آب گرم) در حالی که در سمت هوا از حلقه نیتینول سرد و استراحت می کند. نیروی مکانیکی تولید می شود که باعث می شود که چرخ به چرخش قرقره.
در برخی موارد لازم است شروع به پرش موتور های دوار چرخ بزرگتر. جالب توجه است ، Thermobile است جهت تعیین چرخشی نیست. راه هر کدام از آن آغاز شده است آن را ادامه خواهد داد تا چرخد. Thermobile همچنین می تواند انرژی خورشیدی می باشد. لنز بزرگنمایی تمرکز نور خورشید بر چرخ برنج نیز تامین حرارت کافی به قدرت موتور.
موتورهای بزرگتر Thermobile ساخته شده و تست شده با استفاده از حلقه نیتینول. یک موتور با فن آوری های نوین بین المللی (ITI) در سال 1982 ساخته شده است ، حاوی 30 حلقه سیم نیتینول. سیم نیتینول مورد استفاده در حلقه 22 mils در قطر بود. موتور آزمایش با استفاده از حمام آب داغ می توان در 55 درجه سانتی گراد و درجه حرارت هوا از 25 درجه سانتی گراد موتور رسید سرعت 270 دور در دقیقه و همچنان به مدت 1.5 سال بدون شکست به کار گیرند. سیم نیتینول 2.1x108 چرخه بدون شکستگی و یا تخریب قابل مشاهده در عملکرد قرار گرفته بودند.
برای آزمایش در دانشگاه Thermobile ، اینجا کلیک کنید.

سرد کرافت قایق (نگاه کنید به شکل 10) همچنین با استفاده از یک حلقه از سیم نیتینول به قدرت یک قایق پلاستیکی کوچک است. حلقه نیتینول در دو محل رایگان چرخ دوار است ، نگاه کنید به بخش تقریبی صلیب سرد کرافت قایق در شکل 11. پایین چرخ کوچکتر است paddles که حرکت قایق هنگام آن می چرخد. قایق با یک محفظه کوچک در بالای یخ ساخته شده است. محفظه یخ بالا لرز یک طرف حلقه نیتینول. از طرف دیگر حلقه نیتینول سفر از طریق آب گرم که در آن قایق اسباب بازی قرار داده شده است. دیفرانسیل گرما بین آب گرم و یخ کافی است برای فعال کردن حلقه سیم نیتینول و قدرت هنر و صنعت.
در این زمینه مناسبی برای آزمایش است. من را دیده اند ، تعدادی از طرح های که با استفاده از حرارت موتور باند لاستیکی می باشد. تعداد کمی از این طرح به عنوان نگاه فکر می کردند که وام خود را به سیم نیتینول به جای لاستیک منظور شواین عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید

/ 0 نظر / 60 بازدید