مقاله آلیاژ‌های حافظه دار

دانلود مقاله آلیاژ‌های حافظه دار

خلاصه

آلیاژ‌های حافظه دار عنوان گروهی از آلیاژها می‌باشد که خواص متمایز و برتری نسبت به سایر آلیاژها دارند. عکس‌العمل شدید این مواد نسبت به برخی پارامترهای ترمودینامیکی و مکانیکی و قابلیت بازگشت به شکل اولیه در اثر اعمال پارامترهای مذکور به گونه‌ای است که رفتار موجودات زنده را تداعی می‌نماید. وقتی یک آلیاژ معمولی تحت بار خارجی بیش از حد الاستیک قرار می‌گیرد تغییر شکل می‌دهد. این نوع تغییر شکل بعد از حذف بار باقی می‌ماند. آلیاژهای حافظه دار، منجمله نیکل – تیتانیم و مس – روی – آلومینیم، رفتار متفاوتی از خود ارائه می‌نمایند. در دمای پائین یک نمونه حافظه دار می‌تواند تغییر شکل پلاستیک چند درصدی را تحمل کند و سپس به صورت کامل به شکل اولیه در دمای بالا برگردد و این تنها با افزایش دمای نمونه ممکن است. این فرآیند اولین بار در سال ۱۹۳۸ مشاهده شد و برای مدت زمانی طولانی در حد کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند. در سال ۱۹۶۳ کشف حافظه داری شکل در آلیاژ نیکل – تیتانیم با درصد اتمی مساوی (۵۰-۵۰%) نظر دانشمندان و محققین را جلب نمود. از آن پس آلیاژهای حافظه دار به صورت قابل ملاحظه ای توسعه یافتند و کشف مزایای اساسی و علمی آنها هر روز افزایش یافت. خواص ترمومکانیکی استثنایی آلیاژهای حافظه دار عامل کاربردهای بسیار مهمی در زمینه مهندسی پزشکی شده‌است. فوق‌الاستیسیته اجازه می‌دهد تا تغییر فرمهای الاستیک بسیار زیاد، وابسته به تغییرات کم تنش، به وقوع بپیوندد و اثر حافظه داری شکل فرآیند  فعال سازی ابزار و سیستمها را به صورت بسیار ساده، با تماس حرارت بدن انسان یا گرم کننده خارجی تحت فرمان جراح، ممکن سازد. همچنین گرمای لازم می‌تواند با به جریان انداختن یک مایع سترون حامل کالری یا با اتصال یک عامل گرم کننده به دست آید. دو محدوده کاربرد اصلی این خاصیت یکی ابزار جراحی است که جراح از این خصوصیت مستقیماً در عمل جراحی کمک می‌گیرد و دوم جا دادن و جا زدن موقت یا دائم قطعات در بدن است که به ایمپلنت مشهور شده‌است. در این مواقع لازم است قبلاً در باره میزان پذیرش بدن نسبت به ایمپلنت و سازگاری آن تحقیق شده باشد. آلیاژهای نیکل تیتانیم به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی، در مجاورت بافتهای بدن، اهمیت ویژه کاربردی دارند و از مواد مهندسی حافظه دار استثنایی هستند. جهت استفاده از این مواد در بافتهای بدن باید به پارامترهایی از قبیل

 ۱- مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ در مایع یا بافتهای بدن ۲- پذیرش آلیاژ در بدن و عدم طرد آن از طرف ارگانهای بدن ۳- سمی و سرطان‌زا نبودن آلیاژ در بلند مدت توجه شود.بررسی های انجام شده بر روی آلیاژهای نیکل – تیتانیم نشان داده است که مقاومت در برابر خوردگی و پذیرش  این آلیاژها در بدن همانند فولادهای ضد زنگ است که تاکنون به عنوان مواد بیومدیکال از آنها استفاده شده‌است. بحث ما در باره خواص مکانیکی ویژه و بی نظیر آلیاژهای حافظه دار است؛ از جمله: تکنولوژی توسعه و تولید آلیاژهای نیکل – تیتانیم، نیکل – تیتانیم – مولیبدن و نیکل – تیتانیم متخلخل استفاده شونده در پزشکی خصوصاً در مراجع کنترل کیفیت، استهلاک ارتعاشات، مقاومت خوردگی، سازگاری زیستی، خصوصیات ویژه مکانیکی، ترمومکانیکی و کاربرد آنها به عنوان ایمپلنت پزشکی و توسعه ابزار پزشکی.

آلیاژهای حافظه دار در پزشکی کاربردهای مختلفی داشته‌اند. اما کاربرد آنها به عنوان استنت و استنت پوشش دار بین عروقی بسیار ویژه است. ارزش ویژه استنت نیتینول و استنت پوشش‌دار، وقتی حافظه حرارتی آن باعث خود باز شدن در دمای بدن بشود، ثابت شده‌است. در طی ده سال گذشته عملیات داخل عروقی برای فوریتها و فرآیندهای انتخابی، به عنوان جایگزین‌های قابل قبول در جراحی باز با منافع بالقوه، رواج پیدا کرده است. استفاده روزافزون از خصوصیات فوق‌الاستیک و بازیابی شکل حاصل از حرارت دیدن ایمپلنت حافظه دار وسیله‌ای موثر در پیشبرد طرحهای جدید بوده که سبب پیشرفت سریع کیفیت درمان گشته است.

–

مقدمه:

پیشرفتهای وسیع و سریعی که درکلیه زمینه های صنعتی رخ داده است، مرهون دستیابی به مواد با کیفیت بالاتر است که در ساخت قطعات ماشین آلات و تجهیزات صنعتی به کار می‌روند. عموماً اغلب مهندسین شاغل در واحدهای صنعتی، به ویژه طراحی و ساخت و تولید، با مواد مهندسی سروکار دارند. آنها معمولاً در انتخاب و کاربرد مواد در طراحی و ساخت و تولید اجزا و بررسی و تحلیل شکست شرکت دارند.

موقعی که در طراحی و ساخت قطعه ای در مورد انتخاب مواد تصمیم گیری می‌شود باید به مسائل مهمی از قبیل: روش ساخت، دقت ابعادی، حفظ و نگهداری شکل صحیح اولیه در حین کاربرد، داشتن خواص مورد نظر و نگهداشتن آن خواص برای مدت معین تحت شرایط محیط کار، امکان تعمیر و نگهداری آن خواص برای مدت معین تحت شرایط محیط کار، امکان تعمیر و نگهداری آسان درهنگام کاربرد، سازگاری ماده با دیگر مواد اجزاء سیستم، بازیابی آسان ماده، مسائل مربوط به زیست محیطی ماده در ارتباط با ساخت و تولید، هزینه تولید و بالاخره در مواردی وزن و نوع سطح ظاهری آن توجه شود.

به طور کلی مواد جامد مهندسی مورد نیاز برای طراحی و ساخت و تولید را می‌توان به سه گروه اصلی با خواص مربوط به خود تقسیم بندی کرد که عبارت اند از: ۱- مواد فلزی ۲- مواد غیر فلزی  معدنی یا سرامیکی ۳- مواد پلیمری یا مصنوعی . علاوه بر این سه گروه، دو گروه دیگر از مواد وجود دارند که از این سه گره منشعب می‌شوند و به نام مواد ۴- مختلط یا کامپوزیتها  و نیمه هادیها  گروه چهارم و پنجم را تشکیل می‌دهند.

–

فهرست مطالب

خلاصه متن ۱
تقسم بندی مواد جامد ۴
مقدمه: ۴
۱- مواد فلزی ۵
۲- مواد غیر فلزی معدنی (سرامیکی) ۵
۳- مواد پلیمری (مواد مصنوعی) ۶
۴- مواد مختلط یا کامپوزیتها ۶
خواص مکانیکی مواد ۸
تغییر شکل الاستیکی ۹
مدول الاستیکی ۹
عوامل موثر بر روی مدول الاستیکی ۱۰
جهات کریستالی ۱۰
درجه حرارت ۱۰
عناصر آلیاژی ۱۱
مدول برشی ۱۱
ضریب پواسان ۱۱
تغییر شکل پلاستیکی مواد ۱۱
نیکل (Ni) 12
تیتانیم (Ti) 12
آلیاژهای تیتانیم ۱۳
خصوصیات کلی استحاله مارتنزیتی ۱۶
سینماتیک استحاله مارتنزیتی ۱۸
روشهای بررسی آلیاژهای حافظه دار ۱۸
انواع آلیاژهای حافظه دار و خواص مربوط به آنها ۱۹
خواص ترمومکانیکی ۲۰
فوق ترموالاستیسیته در آلیاژهای حافظه دار ۲۲
ظرفیت استهلاک ۲۳
تضعیف خواص حافظه داری شکل ۲۳
مقاومت به خستگی در آلیاژهای حافظه دار ۲۳
محاسبه سازه ها در آلیاژهای حافظه دار ۲۴
تولید و پردازش نیتینول ۲۶
عملیات ترمومکانیکی و خواص مربوط به آن ۲۸
تعریف عبارات ۲۹
اندازه گیری خواص عملکردی وابسته ۳۰
مقاومت خوردگی و سازگاری زیستی نیکل – تیتانیم روئین شده ۳۱
آزمایش خوردگی فعال ۳۲
رفتار خوردگی غیر فعال ۳۴
تاثیر لایه سطحی بر مقاومت خوردگی ۳۵
آزاد سازی نیکل و سازگاری زیستی ۳۵
قابلیت بالای استهلاک در آلیاژهای حافظه دار نیکل- تیتانیم ۳۸
عوامل ریز ساختاری اصطکاک داخلی ۴۱
اتلاف انرژی در طول بارگذاری سیکلی ۴۲
رابطه نمودارهای تنش – کرانش با استهلاک ۴۳
خوردگی و رفتار الکتروشیمیایی آلیاژهای نیکل – تیتانیم ۴۸
جایگاه نیکل – تیتانیم متخلخل به عنوان ماده‌ای در مهندسی استخوان ۴۹
مقایسه نیکل تیتانیم با دیگر مواد بیولوژیکی ۵۰
ملاحظات مکانیکی ۵۰
ملاحظات شکل گیری ۵۱
ماشینکاری ۵۱
آلیاژهای حافظه دار نیکل – تیتانیم – مولیبدن، کاربردهای پزشکی ۵۲
مشخصات تغییر شکل آلیاژهای نیکل – تیتانیم – مولیبدن ۵۳
ابزار و ایمپلنت های پزشکی ۵۶
استفاده از الاستیسیته (جایگذاری الاستیک) ۵۷
استفاده حرارتی (جایگذاری حرارتی) ۵۸
مقاومت به تاب و گره ۵۸
منحنی بازگشت پذیر(هیسترزیس تنش) ۶۲
سفتی وابسته به دما ۶۲
تحلیل حرارتی ۶۳
تحلیل به روش المان محدود ۶۳
نتیجه گیری ۶۴