Tvarová pamäť kovových materiálov

Niekoľko zliatin kovových materiálov vykazuje zaujímavú vlastnosť. Dokážu si zapamatať tvar v ktorom boli vyrobené a po určitej deformácii sa spätne do pôvodného tvaru vrátiť. Nazývame to "jav tvarovej pamäti".

Jedná sa o zliatiny v ktorých môže prebehnúť spätná (reverzibilná) martenzitická premena. Pod pojmom martenzitická premena si môžete predstaviť niečo ako: vnútorná kryštalografická stavba materiálu sa dokáže za určitých podmienok zmeniť (obyčajne zmenou teploty, alebo vnesením vnútorného napätia) a tým môže materiál nadobudnúť iné vlastnosti (obyčajne je to zmena mechanických vlastností, elektrických a magnetických vlastností). S touto zmenou je spojená niekedy aj zmena rozmerov. Pre jav tvarovej pamäti je dôležitá reverzibilita takéhoto procesu. A preto aby ste si vedeli predstaviť pod týmto niečo konkrétne, sú tu tieto videá video1 a video2.

Na videách sa pravdepodobne jedná o zliatinu NiTi (nikel-titán). Ďalšie zliatiny ktoré sa vyznačujú touto vlastnosťou sú AuCu, CuZn, TiNb atď. Je náročné tento proces ilustrovať, ale v zjednodušenom modely by to vyzeralo asi ako na nasledujúcom obrázku (Obrázok 1).

Obrázok 1 Ilustrácia javu tvarovej pamäti kovových materiálov

Je však dôležité si vysvetliť, čo je na obrázku. Materiál mení svoju štruktúru zmenou teploty a napätia (preto sú na osiach Teplota a Napätie). Základným krokom pri týchto materiáloch je pri výrobe dostať v materiáli vhodnú štruktúru. Touto štruktúrou je tzv. dvojčaťový martenzit (na obrázku Twinned martensite). Tento dostávame rýchlym zachladením materiálu z tzv. austenitizačnej teploty, kedy sa štruktúra materiálu nazýva austenit (Austenite). Po deformáci (zaťažení - Loading) vznikne z dvojčaťového martenzitu tzv. deformovaný martenzit (Deformed martensite) (to je vtedy, keď súčiastku zdeformujeme - natiahnutie strunky vo videu). Tento deformovaný martenzit však vieme ohriatím dostať pri materiáloch s reverzibilnou martenzitickou premenou naspäť do oblasti austenitu. Samozrejme, že toto je jednoduchá verzia procesu.

Tento jav sa využíva v bežnej praxi v niekoľkých aplikáciách. Napríklad v kozmonautike, automobilovom priemysle, ako bezpečnostné prvky (obrázok 2) atď. Budúcnosť patrí práve takýmto "inteligentným materiálom". Predstavte si, že po deformácii plechov auta dokážete doma v garáži "vyžehliť" narazenú časť. Je to však naozaj iba taká nereálna predstava, momentálne nestačia ani naše materiály a ani vedomosti na zložitejšiu aplikáciu. Zatiaľ sa musíme uspokojiť s jednoduchšími aplikáciami (v bežnej praxi).

Obrázok 2 Komerčné využitie materiálu s tvarovou pamäťou

 

Doplňujúce informácie:

video

stránka 1

stránka 2

Doplnením tohoto článku je článok  Termoelastická martenzitická premena.