آلیاژهای هوشمند: نسل بعدی فناوری های فولادی

جهان به شدت به فولاد به عنوان ستون کلیدی برای پیشرفت صنعتی که زیرساخت ها، ترانزیت و صنایع تولیدی را تعریف می کند، تکیه کرده است. در طول زمان چنین پیشرفتی در علم مواد منجر به ظهور انواع جدید فولاد با ویژگی های جدید شده است. از میان این نوآوری ها، آلیاژ هوشمند یا فولاد آلیاژی حافظه دار (SMA) به درستی می توان گامی انقلابی رو به جلو در توسعه فولاد در نظر گرفت. این مواد می توانند پیکربندی، چقرمگی یا سختی خود را بسته به محیطی که می گویند تغییر دهند. گرما، فشار یا جریان الکتریکی نیز، از این رو تطبیق پذیری مواد خود مونتاژ می شود. در این دانشنامه با آلیاژهای هوشمند، نحوه عملکرد و کاربرد آنها آشنا خواهید شد.

آلیاژ هوشمند چیست؟

آلیاژهای حافظه دار دسته خاصی از مواد هستند که این ویژگی را دارند که خواص خود را تغییر داده و پس از تغییر شکل مفید اولیه خود را به دست آورند. این توانایی معمولاً با تغییر دما تجربه می شود و با تغییر در سطح مولکولی مشخص می شود. اساساً، این آلیاژها می توانند بین دو فاز جابجا شوند: فاز حساس به حرارت آستنیت با دمای بالا و مارتنزیت با دمای پایین. هنگامی که آنها گرم می شوند، آنها به شکل اولیه خود باز می گردند، بنابراین اصطلاح مواد “شکل حافظه” نامیده می شود.

آلیاژهای هوشمند چگونه کار می کنند؟

آلیاژها اساس بسیاری از مواد تکنولوژیکی را تشکیل می دهند و راز آلیاژهای “هوشمند” در ساختار بلورهای آنها است. حالت سردتر یا تغییر شکل به دلیل تغییر مکان اتم هایی است که در آلیاژ به صورت خمشی یا پیچشی تداخل می کنند.

این به این دلیل است که تحت گرما، اتم ها در شکل گیری مورد نظر خود حرکت می کنند و باعث می شوند که مواد حالت قبلی خود را از انعطاف پذیری به دست آورند. به همین دلیل است که هنگام خم کردن آن، سیمی که با استفاده از آلیاژ هوشمند تولید می شود، پس از گرم شدن، شکل اولیه خود را به دست می آورد.

نقش فولاد در آلیاژهای هوشمند

اگرچه فولاد سنتی دارای خواص مکانیکی عالی است، اما در مقادیر زیادی در سراسر جهان استفاده می شود، در مقایسه با آلیاژهای هوشمند هیچ ویژگی هوشمندی ندارد. کتب مطالعاتی اضافات خاصی را در فولاد معرفی کرده اند که به عنوان آلیاژهای هوشمند نامگذاری شده اند که علاوه بر استحکام فولاد دارای قابلیت حافظه شکل هستند و شامل نیکل، تیتانیوم و مس می باشند. بنابراین، آنها کامپوزیت هایی را تشکیل می دهند که قادر به عملکرد در دماهای بسیار بالا هستند و همچنین در برابر محیط خود پایدار هستند. به عنوان مثال، از طریق تشخیص تنش، این آلیاژهای هوشمند می توانند سفت شوند، مانند سفت کردن پیچ ها در ساختمان یا زمانی که سازه تحت فشار قرار می گیرد، ایمنی و قابلیت اطمینان را افزایش می دهد.

کاربردهای آلیاژهای هوشمند

آلیاژهای هوشمند به دلیل خواص قابل توجه خود در حال حاضر راه خود را در صنایع مختلف پیدا کرده اند:

۱. هوافضا و هوانوردی: آلیاژهای هوشمند در تولید هوافضا در قطعات موتور، مکانیزم های حسگر و آب بندی برای هدایت عملکرد بالا در شرایط نامساعد استفاده می شوند. این مواد همچنین می توانند با دما تغییر کنند، بنابراین کارایی و ایمنی به ویژه در پرواز مورد نیاز است.

۲. تجهیزات پزشکی: صنعت پزشکی یکی از ذینفعان اصلی آلیاژهای هوشمند است، به ویژه در کاربردهایی مانند استنت، که باید اندازه آنها در داخل عروق یا در حین عمل تغییر کند، و در ابزارهای جراحی که در طول جراحی تغییر می‌کنند. توانایی خود ترمیمی چنین آلیاژهایی نیز به این معنی است که نیاز کمی به پذیرش مجدد یا عملیات مکرر وجود دارد.

۳. ساخت و ساز و زیرساخت: در سازه هایی مانند ساختمان ها و پل ها می توان از آلیاژهای هوشمند به عنوان کوپلینگ و تقویت کننده با تلورانس هایی استفاده کرد که با تنش تغییر می کند و با حرکات از شکست سازه جلوگیری می کند. آنها همچنین در سازه های طراحی شده برای زلزله یافت می شوند که به ساختمان اجازه حرکت می دهند و نیروی زلزله را می پذیرند.

۴. صنعت خودرو: آلیاژهای هوشمند برای کاربرد در طراحی خودروها برای جنبه های مربوط به ایمنی از جمله محافظت در برابر تصادف و سیستم تعلیق تطبیقی ​​در نظر گرفته می شوند. اگر بتوان سفتی و شکل را در زمان واقعی تغییر داد، این آلیاژها ممکن است پایداری خودرو و محافظت از سرنشینان را بهبود بخشند.

آینده آلیاژهای هوشمند در فناوری های فولادی

اما با ادامه تحقیقات، امکان استفاده از آلیاژهای هوشمند بسیار زیاد است. با پیشرفت بیشتر فناوری نانو، محققان به ایجاد مواد هوشمند نه تنها از نظر سازگاری، بلکه از نظر انتقال زمینه به ساختارهای دیگر ادامه می دهند. به پل هایی فکر کنید که می توانند تشخیص دهند مهندسانی که روی آن کار می کنند تحت فشار هستند یا قطعات هواپیما که می توانند خود را در هوا تعمیر کنند.

در آینده، آلیاژهای هوشمند ممکن است فولاد را به شدت تغییر دهند و آن را از یک ماده غیرفعال به ماده فعال تبدیل کنند. این امر راهی را برای راه حل های نوآورانه در تقریباً هر حوزه مرتبط صنعتی از خدمات بهداشتی تا حمل و نقل باز می کند.

نتیجه گیری

آلیاژهای هوشمند توسعه فناوری های فولادی به سطح بعدی هستند. همچنین نحوه تطبیق، التیام و به خاطر سپردن اشکالی را که آنها را از مواد معمولی متمایز می کند، مشخص می کند، بنابراین برای استفاده در زمینه های مختلف مناسب است.

منبع: Steel Technology
برای مشاهده دانشنامه‌های بیشتر در زمینه فولاد و آهن آلات کلیک کنید