Alloy Cof Siâp NITINOL
Mae titaniwm nicel, a elwir hefyd yn nitinol, yn aloi metel o nicel a thitaniwm, lle mae'r ddwy elfen yn bresennol mewn canrannau atomig sy'n gyfartal yn fras. Enwir aloion gwahanol yn ôl canran pwysau nicel; ee, nitinol 55 a nitinol 60.
Mae aloion nitinol yn arddangos dau briodweddau sy'n perthyn yn agos ac unigryw: yr effaith cof siâp a superelasticity (a elwir hefyd yn ffug-elastigedd). Cof siâp yw gallu nitinol i gael ei ddadffurfio ar un tymheredd, aros yn ei siâp anffurf pan fydd y grym allanol yn cael ei dynnu, ac yna adennill ei siâp gwreiddiol, anffurfiedig wrth wresogi uwchben ei "dymheredd trawsnewid."
NiTi cyfansawdd.
Mae priodweddau anarferol Nitinol yn deillio o drawsnewidiad cyfnod cyflwr solet cildroadwy a elwir yn drawsnewidiad martensitig rhwng dau gyfnod crisial martensit gwahanol, sy'n gofyn am 69–138 MPa (10,000–20,000 psi) o straen mecanyddol.
Ar dymheredd uchel, mae nitinol yn rhagdybio strwythur ciwbig syml rhyngdreiddiol y cyfeirir ato fel austenite (a elwir hefyd yn gyfnod rhiant). Ar dymheredd isel, mae nitinol yn trawsnewid yn ddigymell i strwythur grisial monoclinig mwy cymhleth a elwir yn martensite (cyfnod merch).[8] Mae pedwar tymheredd pontio yn gysylltiedig â thrawsnewidiadau austenite-i-martensite a martensite-i-austenite. Gan ddechrau o austenite llawn, mae martensite yn dechrau ffurfio wrth i'r aloi gael ei oeri i dymheredd cychwyn martensite fel y'i gelwir neu Ms, a gelwir y tymheredd y mae'r trawsnewidiad wedi'i gwblhau yn dymheredd gorffen martensite, neu Mf. Pan fydd yr aloi yn llawn martensite ac yn cael ei wresogi, mae austenit yn dechrau ffurfio ar y tymheredd cychwyn austenite, As, ac yn gorffen ar y tymheredd gorffen austenit, Af.[9]
Hysteresis thermol o drawsnewid cyfnod nitinol
Mae'r cylch oeri/gwresogi yn dangos hysteresis thermol. Mae lled hysteresis yn dibynnu ar union gyfansoddiad a phrosesu nitinol. Ei werth nodweddiadol yw amrediad tymheredd sy'n rhychwantu tua 20-50 gradd (36-90 gradd F) ond gellir ei leihau neu ei chwyddo trwy aloi[10] a phrosesu.[11]
Mae dwy agwedd allweddol ar y trawsnewid cam hwn yn hanfodol i briodweddau nitinol. Yn gyntaf yw bod y trawsnewid yn "gildroadwy", sy'n golygu y bydd gwresogi uwchlaw'r tymheredd trawsnewid yn dychwelyd y strwythur grisial i'r cyfnod austenite symlach. Yr ail bwynt allweddol yw bod y trawsnewid i'r ddau gyfeiriad yn syth.
Mae gan strwythur grisial Martensite (a elwir yn strwythur monoclinig, neu B19') y gallu unigryw i gael anffurfiad cyfyngedig mewn rhai ffyrdd heb dorri bondiau atomig. Gelwir y math hwn o anffurfiad yn gefeillio, sy'n cynnwys ad-drefnu awyrennau atomig heb achosi llithro, neu ddadffurfiad parhaol. Mae'n gallu cael tua 6-8% o straen yn y modd hwn. Pan fydd martensite yn cael ei ddychwelyd i austenite trwy wresogi, caiff y strwythur austenitig gwreiddiol ei adfer, ni waeth a gafodd y cyfnod martensite ei ddadffurfio. Felly mae siâp y cyfnod austenit tymheredd uchel yn cael ei "gofio," er bod yr aloi wedi'i ddadffurfio'n ddifrifol ar dymheredd is.[12]
Golygfa 2D o strwythur crisialog nitinol yn ystod y cylch oeri / gwresogi
Gellir cynhyrchu llawer iawn o bwysau trwy atal martensit anffurfiedig rhag dychwelyd i austenit - o 240 MPa (35,000 psi) i, mewn llawer o achosion, mwy na 690 MPa (100,000 psi ). Un o'r rhesymau pam mae nitinol yn gweithio mor galed i ddychwelyd i'w siâp gwreiddiol yw nad aloi metel cyffredin yn unig ydyw, ond yr hyn a elwir yn gyfansoddyn rhyngfetelaidd. Mewn aloi cyffredin, mae'r cyfansoddion wedi'u lleoli ar hap yn y dellt grisial; mewn cyfansoddyn rhyngfetelaidd trefnus, mae gan yr atomau (nicel a thitaniwm yn yr achos hwn) leoliadau penodol iawn yn y dellt.[13] Mae'r ffaith bod nitinol yn rhyngfetel yn bennaf gyfrifol am gymhlethdod dyfeisiau ffugio a wneir o'r aloi.
Ceisiadau
Clip papur nitinol wedi'i blygu a'i adfer ar ôl ei roi mewn dŵr poeth
Mae pedwar math o gymwysiadau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer nitinol:
Adferiad am ddim
Mae Nitinol yn cael ei ddadffurfio ar dymheredd isel, yn parhau i fod yn anffurfiedig, ac yna'n cael ei gynhesu i adennill ei siâp gwreiddiol trwy'r effaith cof siâp.
Adferiad cyfyngedig
Yn debyg i adferiad rhad ac am ddim, ac eithrio bod adferiad yn cael ei atal yn llym ac felly mae straen yn cael ei gynhyrchu.
Cynhyrchu gwaith
Caniateir i'r aloi adennill, ond i wneud hynny mae'n rhaid iddo weithredu yn erbyn grym (a thrwy hynny wneud gwaith).
Superelastigedd
Mae Nitinol yn gweithredu fel sbring super trwy'r effaith superelastig.
Mae deunyddiau superelastig yn cael eu trawsnewid a achosir gan straen ac fe'u cydnabyddir yn gyffredin am eu heiddo "cof siâp". Oherwydd ei uwchelastigedd, mae gwifrau NiTi yn arddangos effaith "elastocalorig", sef gwresogi / oeri a achosir gan straen. Mae gwifrau NiTi yn cael eu hymchwilio ar hyn o bryd fel y deunydd mwyaf addawol ar gyfer y dechnoleg. Mae'r broses yn dechrau gyda llwytho tynnol ar y wifren, sy'n achosi hylif (o fewn y wifren) i lifo i HHEX (cyfnewidydd gwres poeth). Ar yr un pryd, bydd gwres yn cael ei ddiarddel, y gellir ei ddefnyddio i gynhesu'r amgylchoedd. Yn y broses wrthdroi, mae dadlwytho tynnol y wifren yn arwain at hylif yn llifo i CHEX (cyfnewidydd gwres oer), gan achosi i'r wifren NiTi amsugno gwres o'r amgylchoedd. Felly, gellir gostwng tymheredd yr amgylchoedd (oeri).
Mae dyfeisiau elastocalorig yn aml yn cael eu cymharu â dyfeisiau magnetocalorig fel dulliau newydd o wresogi/oeri'n effeithlon. Mae gan ddyfais elastocalorig a wneir â gwifrau NiTi fantais dros ddyfeisiau magnetocalorig a wneir â gadolinium oherwydd ei phŵer oeri penodol (ar 2 Hz), sef 70X yn well (7 kWh/kg vs. 0.1 kWh/kg). Fodd bynnag, mae gan ddyfeisiau electrocalorig a wneir gyda gwifrau NiTi gyfyngiadau hefyd, megis ei fywyd blinder byr a dibyniaeth ar rymoedd tynnol mawr (yn cymryd llawer o ynni).
