Home / Thiết Bị Điện Tử / Hợp kim ghi nhớ hình dạng là gì: đặc điểm & ứng dụng

Hợp kim ghi nhớ hình dạng là gì: đặc điểm & ứng dụng

/

Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, thường gặp một số việc nhỏ như: nắp chai nước có gas, chai bia và cả lọ đựng hoa quả đều phải dùng dụng cụ mở nắp, rất không tiện. Có một số bạn nhỏ trong tay không có đồ mở nắp, thì lại thích dùng răng để mở, kết quả là hỏng răng, thậm chí gây ra phiền phức nho nhỏ. Nếu như những cái nắp đậy này có đặc tính hiểu rõ suy nghĩ của con người thì thật là hay quá. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật mới, các nhà khoa học qua nghiên cứu, áp dụng công nghệ mới, kỹ thuật mới đã tạo ra một loại vật liệu hợp kim kỳ diệu có thể hiểu rõ suy nghĩ của con người, mọi người gọi loại vật liệu hợp kim này là hợp kim ghi nhớ hình dạng.

hợp kim ghi nhớ hình dạng

1. Hợp kim ghi nhớ hình dạng là gì?

Cái gọi là hợp kim ghi nhớ hình dạng chính là một loại vật liệu nào đó ở một nhiệt độ nhất định, khi chịu tác động của ngoại lực sẽ xảy ra biến dạng, sau khi không còn ngoại lực nữa thì nó vẫn có thể duy trì hình dạng sau biến dạng; Nhưng khi nhiệt độ tăng đến một giá trị nhất định thì loại vật liệu này lại tự động khôi phục lại hình dạng trước khi biến dạng. Nó dường như có khả năng “ghi nhớ” rất tốt hình dạng vốn có của mình.

2. Hợp kim ghi nhớ hình dạng được phát hiện ra như thế nào?

Một ngày đầu những năm 60 của thế kỷ 20. Nhân viên kỹ thuật công trình phòng thí nghiệm quân giới của hải quân Mỹ lĩnh ở kho về một lô sợi hợp kim niken titan, có thể do một khâu nào đó trong quá trình chế tác đã xử lý không tốt, nên sợi hợp kim bị làm cong.

Mọi người chỉ còn cách là kéo thẳng từng sợi hợp kim ra, rồi tiện tay để chúng ở bên cạnh cái lò. Lúc này, một việc ngoài ý muốn đã xảy ra: những sợi hợp kim kéo thẳng ra dưới sức nóng của nhiệt độ của lò, trong chốc lát bỗng trở lại hình dạng cong trước đó. Điều này có nghĩa là, nhân viên kỹ thuật công trình đã làm bao việc mà vô ích, mất hết cả công, khiến mọi người nản lòng.

Vì vậy, họ đành phải lặp lại những động tác vừa mới làm xong – lại kéo thẳng sợi hợp kim ra. Nhưng họ vẫn chưa nhận ra được nguyên nhân mà sợi hợp kim bị cong trở lại, vì thế mà vẫn đề những sợi hợp kim ở bên cạnh lò. Rồi cứ như thế, kéo thẳng, rồi lại cong, rồi lại uốn thẳng, rồi lại cong. Hiện tượng này lặp đi lặp lại nhiều lần. Sau đó, trong số nhân viên kỹ thuật công trình đó có người hình như ý thức được rằng việc này có liên quan với cái lò, do đó, họ đổi chỗ để những sợi hợp kim sau khi đã kéo thẳng ra. Lúc này, sợi hợp kim quả nhiên nằm thắng ở đó chứ không bị cong trở lại nữa.

Nếu các bạn gặp phải trường hợp này thì sẽ làm thế nào? Có lẽ, một số bạn nhỏ ban đầu cảm thấy kỳ lạ, sau đó, sợi hợp kim đã được kéo thẳng ra không còn bị cong trở lại nữa, một số bạn nhỏ cho rằng vấn đề đã được giải quyết rồi, cũng không nghĩ ngợi và nghiên cứu thêm nữa.

Còn các nhân viên kỹ thuật công trình của phòng thí nghiệm quân giới của hải quân Mỹ lại nhân việc này, triển khai lại thí nghiệm để nghiên cứu. Cuối cùng, họ đã phát hiện ra rằng: hợp kim được làm bằng 50% niken và 50% titan, sau khi tăng nhiệt độ lên đến 40°C, thì có thể “ghi nhớ” hình dạng vốn có của mình, các nhà khoa học đã gọi hiện tượng này là “hiệu ứng ghi nhớ hình dạng”.

Năm 1963, trong một hội nghị khoa học hải quân của Mỹ các nhân viên kỹ thuật công trình đã công bố kết quả nghiên cứu của họ, đồng thời biểu diễn thí nghiệm “hiệu ứng ghi nhớ hình dạng” cho các vị đại biểu của hội nghị xem.

Về sau, với sự nỗ lực không ngừng của rất nhiều nhà khoa học, người ta lại phát hiện ra rằng, hợp kim nhôm kẽm đồng, hợp kim nhôm niken đồng, hợp kim platin sắt… cũng có “hiệu ứng ghi nhớ hình dạng”. Các nhà khoa học gọi hợp kim loại này là “hợp kim ghi nhớ hình dạng”.

3. Đặc điểm của Hợp kim ghi nhớ hình dạng

Vậy thì, loại hợp kim mà chúng ta nói ở trên tại sao lại có thể “ghi nhớ” hình dạng trước kia của mình?

Muốn trả lời câu hỏi này cần phải nắm được kiến thức của nhiều môn khoa học như luyện kim học, kim loại vật lý học, đồng thời còn liên quan tới rất nhiều thuật ngữ và danh từ chuyên ngành. Dưới đây, chúng tôi chỉ xin giới thiệu sơ lược.

Nếu dùng một câu nói để khái quát thì đặc tính của hợp kim ghi nhớ hình dạng là do kết cấu tinh thể bên trong của nó quyết định.

Ngày nay, các nhà khoa học về cơ bản đã quen thuộc với tập tính của hợp kim ghi nhớ hình dạng: loại hợp kim này trong một phạm vi nhiệt độ nhất định có hình dạng nhất định, nhưng việc sắp xếp nguyên tử bên trong hợp kim lại có kết cấu có thể chuyển biến ngược thích ứng với hình dạng bên ngoài. Phần trên chúng ta đã đề cập đến, hợp kim ghi nhớ hình dạng đều có yêu cầu nhất định đối với nhiệt độ chuyển biến.

Do đó, ở trên nhiệt độ chuyển biến trở lên, khi người ta gia công hợp kim loại này thành hình dạng ghi nhớ cần thiết, thì nguyên tử bên trong hợp kim lại tuân theo mà sắp xếp thành một loại cấu tạo kết tinh ổn định. Nếu làm nguội nó đến dưới nhiệt độ chuyển biến, rồi tác động ngoại lực thay đổi hình dạng bên ngoài của nó, lúc này, phương thức kết hợp nguyên tử của nó chưa có sự thay đổi, chỉ là nguyên tử rời khỏi vị trí vốn có của nó, tạm thời dừng chân ở vị trí gần đó.

Nếu tăng nhiệt cho hợp kim ghi nhớ hình dạng loại này đến trên nhiệt độ chuyển biển, do nguyên tử thu được năng lượng cần thiết chuyển biến cấu tạo kết tinh ổn định, vì thế mà chúng có thể sẽ trở lại vị trí – tức là trở lại vị trí ban đầu, từ đó lại khôi phục lại hình dạng trước đây.

Nói đến công nghệ gia công hợp kim ghi nhớ hình dạng, thực ra không phức tạp như thế. Người ta chỉ cần trước tiên gia công vật liệu hợp kim thành một hình dạng nhất định, sau đó đặt chúng ở nhiệt độ cao (300°C ~ 1000°C) để xử lý nhiệt, thì hợp kim loại này có khả năng “ghi nhớ” (có thể”ghi nhớ” hình dạng sau gia công của hợp kim). Đối với vật liệu hợp kim khác nhau, hoặc hợp kim giống nhau nhưng thành phần khác nhau, áp dụng công nghệ xử lý nhiệt khác nhau thì có thể thu được đặc tính “ghi nhớ” theo yêu cầu sử dụng khác nhau.

Đặc tính “ghi nhớ” hình dạng của vật liệu hợp kim có ba trường hợp là ghi nhớ “đơn trình”, ghi nhớ “song trình” và ghi nhớ “toàn trình”. Cái gọi là ghi nhớ “đơn trình” chính là chỉ khi tăng nhiệt tăng nhiệt độ thì mới có khả năng “ghi nhớ”, có thể khôi phục hình dạng lúc ở trạng thái nhiệt độ cao (còn gọi là “ghi nhớ nóng).

Cái gọi là ghi nhớ “song trình” chính là ghi nhớ khi tăng nhiệt có thể khôi phục trạng thái nhiệt độ cao, khi làm nguội lại biến thành hình dạng của trạng thái nhiệt độ thấp (còn gọi là “ghi nhớ nguội). Cái gọi là ghi nhớ “toàn trình”, chính là đồng thời với việc thực hiện ký ức “song trình”, tiếp tục làm nguội đến nhiệt độ mát hơn, có thể xuất hiện hình dạng hoàn toàn ngược lại với lúc nhiệt độ cao.

4. Ứng dụng của hợp kim ghi nhớ hình dạng

Hiện nay, hợp kim ghi nhớ hình dạng đã được con người ứng dụng ở nhiều lĩnh vực, và đã thu được thành quả rất tốt. Ví dụ:

4.1. Sản xuất công nghiệp

Hợp kim ghi nhớ hình dạng là một trợ thủ đắc lực trong việc kết nối linh kiện và đường ống. Ở nhiệt độ trong phòng, dùng hợp kim niken titan sản xuất đầu nối đường ống, làm cho đường kính miệng của chúng nhỏ hơn một chút so với đường kính ngoài của đường ống.

Trước tiên, cho đầu nối vào trong dung dịch nitơ để làm trương nở nguội, lúc này, đường kính trong của đầu nối sẽ lớn hơn một chút so với đường kính ngoài của đường ống, sau đó, người ta nhanh chóng cắm đường ống cần nối vào bên trong đầu nối. Khi đầu nối tăng nhiệt đến nhiệt độ trong phỏng, thì đầu nối giống như cái vòng kim cô trên đầu của Tôn Ngộ Không, khi Đường Tăng niệm chú cho vòng chặt lại, dần thắt chặt lại, làm cho đường ông được nối rất kín.

Theo các tài liệu báo cáo có liên quan, đường ống hệ thống thuỷ lực của máy bay chiến đấu kiểu phun khí do Mỹ chế tạo, do kết cấu chặt chẽ không thể nào hàn nối được, sau khi dùng đầu nối chế tạo bằng hợp kim ghi nhớ hình dạng đã giải quyết được khó khăn này một cách thuận lợi. Cho đến nay, hệ thống thuỷ lực của máy bay chiến đấu chưa từng xảy ra những sự cố như rò rỉ dầu, hỏng, lỏng rơi ra.

4.2. Vệ sinh y tế

Do hợp kim niken titan có tính tương dung tương đối tốt với cơ thể con người, không xảy ra ở nhiễm, cũng không gây ra ung thu cho tổ chức cơ thể người ở xung quanh nó, do đó có thể cấy nó vào trong cơ thể người. Ở Trung Quốc đã có trường hợp dùng hợp kim niken titan để nối xương bị gẫy – lấy hai đầu mũ hợp kim ngâm trong dịch nhiệt độ thấp nối vào hai đầu của xương gãy (ví dụ như xương ống chân, xương đùi).

Tấm hợp kim sau khi được tăng nhiệt nhờ nhiệt độ cơ thể, lập tức ngót lại, kiến cho chỗ xương gãy nối chặt lại với nhau. Ngoài ra, còn có thể dùng sợi kim loại hình vòm làm bằng hợp kim hình dạng niken- titan để chỉnh răng; Dùng kìm u tĩnh mạch làm bằng hợp kim ghi nhớ hình dạng buộc gato u tĩnh mạch mọc ra trên thành động mạch.

4.3. Hàng không vũ trụ

Do thể tích tàu vũ trụ tương đối nhỏ, do đó, khi lên trời không chứa hết được các loại ăng ten dạng lưới. Sử dụng đặc tính của hợp kim ghi nhớ hình dạng, thì trước tiên có thể để ăng ten dạng lưới ở nhiệt độ chuyển biến tương đối thấp, gấp nó lại, nén thành bó, rồi xếp vào trong tàu vũ trụ. Sau khi lên trời, lấy ăng ten dạng lưới đã gấp gọn ra, dưới ánh mặt trời, nhiệt độ tăng lên, ăng ten dạng lưới sẽ tự động mở ra, khôi phục lại hình dạng ban đầu, không còn cần phải thao tác điều khiển từ xa từ ở trái đất nữa.

Trong cuộc sống hàng ngày: hợp kim ghi nhớ hình dạng có thể dùng để làm dụng cụ tắm an toàn – ở chỗ miệng ra của ống nước, lắp một cái van ni lông hình cầu. Ở giữa “vòi hoa sen” lắp một cơ cấu an toàn. Cơ cấu an toàn cấu tạo bởi đinh vít điều chỉnh, lò xo bằng hợp kim niken titan và pittông ni lông hình côn. Khi tắm, điều chỉnh vòi nóng lạnh xong, nước ấm từ “vòi hoa sen” chảy ra.

Khi nhiệt độ nước tăng lên đến mức người ta không chịu được nữa, thì lò xo hợp kim niken titan sẽ nhờ vào “ghi nhớ nóng” mà thò dài ra, đẩy đầu pittông ni lông hình côn, do đó mà tự động đóng van ni lông hình cầu lại, ngừng chảy nước ra. Lúc này, người tắm có thể lại điều chỉnh đầu nóng lạnh và điều chỉnh đinh vít, tiếp tục tắm, bảo đảm bạn tắm sảng khoái, như ý.

4.4. Chế tạo đồ gia đình

Cũng có thể dùng hợp kim niken titan để làm nắp đậy đồ uống đóng chai như nước có gas, bia. Khi mở nắp, chỉ cần dùng bật lửa hơ nóng nắp chai dưới ngọn lửa, do “ghi nhớ nóng” của hợp kim niken titan, cái nắp của chai vốn dính rất chặt tự động lỏng ra, như thế cũng không cần đến “đồ mở nắp” chuyên dụng để mở nắp chai nữa.

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :