هل تحتفظ قضبان الننتول بالشكل؟

نعم، قضبان الننتول تتمتع بقدرة فريدة على الاحتفاظ بشكلها، وذلك بفضل تأثير ذاكرة الشكل. عندما تتشوه، فإنها يمكن أن تعود إلى شكلها الأصلي عند التسخين. ترجع هذه الخاصية إلى تحول الطور العكسي بين مرحلتي المارتنسيت والأوستينيت في السبيكة. تسمح مرونة الننتول الفائقة أيضًا بالخضوع لتشوه كبير واستعادة شكله فورًا عند التفريغ، دون الحاجة إلى التسخين. هذه الخصائص تجعل قضبان الننتول مثالية للتطبيقات التي تتطلب الحفاظ على الشكل والمرونة بشكل موثوق، مثل الأجهزة الطبية والمحركات.

كيف قضبان الننتول ؟

يشتهر النيتينول، وهو اختصار لمختبر النيكل تيتانيوم للذخائر البحرية، بقدرته على العودة إلى الشكل المحدد مسبقًا عند تسخينه إلى درجة حرارة معينة. تحدث هذه الظاهرة، المعروفة باسم ذاكرة الشكل، بسبب قدرة السبيكة على الخضوع لتحول طوري بين بنيتيها البلوريتين: الأوستينيت والمارتنسيت.

في مرحلته ذات درجة الحرارة المنخفضة (المارتنسيت)، يمكن أن يتشوه الننتول بسهولة. ومع ذلك، عند تسخينه فوق درجة حرارة التحول، فإنه يعود إلى مرحلته ذات درجة الحرارة العالية (الأوستينيت)، ويعود إلى شكله الأصلي. يمكن التحكم بدقة في درجة حرارة التحويل من خلال تكوين السبيكة وعملية المعالجة الحرارية (ASME)â € <â € < (عالم الآلات اليوم).

هل تحتفظ قضبان الننتول بشكلها بعد التشوه؟

نعم، يمكن لقضبان الننتول أن تحتفظ بشكلها بعد التشوه، بشرط تسخينها أعلى من درجة حرارة التحول. تتضمن عملية تحديد الشكل تقييد الننتول بالشكل المرغوب ومعالجته بالحرارة عند حوالي 500 درجة مئوية، يليه التبريد السريع. يؤدي هذا إلى "تدريب" الننتول على تذكر الشكل الجديد (عالم الآلات اليوم)â € <â € < (matthey.com).

عندما يتشوه القضيب لاحقًا عند درجة حرارة أقل من نقطة التحول الخاصة به، فإنه سيحتفظ بالشكل المشوه. ومع ذلك، بمجرد إعادة تسخينه فوق درجة حرارة التحويل، فإنه سيعود إلى شكله المحدد مسبقًا. تعتبر هذه الخاصية ضرورية لتطبيقات مثل الدعامات، والتي يجب أن يتم تشويهها لتناسب القسطرة ثم تتوسع لدعم الأوعية الدموية بمجرد نشرها داخل الجسم. (ASME).

لماذا قضبان الننتول المستخدمة في الأجهزة الطبية؟

خصائص الننتول الفريدة تجعله مثاليًا للتطبيقات الطبية. يعد توافقه الحيوي ومقاومته للتآكل وقدرته على العودة إلى شكل محدد مسبقًا ذا قيمة خاصة في الإجراءات طفيفة التوغل. على سبيل المثال، يمكن ضغط دعامات الننتول لتناسب القسطرة ومن ثم توسيعها لدعم الأوعية الدموية، مما يقلل الحاجة إلى المزيد من العمليات الجراحية. (ASME)â € <â € < (عالم الآلات اليوم).

علاوة على ذلك، فإن المرونة الفائقة للنيتينول، والتي تسمح له بالخضوع لتشوه كبير دون تغيير دائم في الشكل، مفيدة للزرعات الديناميكية مثل صمامات القلب ومثبتات العظام. يجب أن تتحمل هذه الغرسات الضغوط والتوترات المتكررة دون أن تفشل، مما يجعل الننتول خيارًا مثاليًا (ASME).

كيف يتم التحكم في شكل قضبان الننتول؟

يتضمن التحكم في شكل قضبان الننتول تعديلات دقيقة في تركيبة السبيكة وخطوات المعالجة الحرارية. يمكن ضبط درجة حرارة التحول عن طريق تغيير نسبة النيكل والتيتانيوم ومن خلال معالجات حرارية محددة. عادةً، يتضمن تحديد الشكل تسخين السبيكة أثناء الاحتفاظ بالشكل المطلوب، يليه التبريد السريع. تحدد هذه العملية شكل القضيب على المستوى الذري، مما يضمن عودته إلى هذا الشكل عند إعادة تسخينه (matthey.com)â € <â € < (عالم الآلات اليوم).

يتم استخدام قدرة الننتول على تذكر الأشكال والعودة إليها عند التسخين في العديد من الصناعات. على سبيل المثال، في قطاع الطيران، يُستخدم الننتول في المحركات والمكونات الأخرى التي يجب أن تغير شكلها لأداء وظائف محددة في مراحل مختلفة من الطيران. (ASME).

يستطيع قضبان الننتول تحمل الضغط العالي والتوتر؟

تتميز قضبان الننتول بمرونة فائقة، مما يسمح لها بتحمل إجهاد كبير (يصل إلى 8%) دون تشوه دائم. تنشأ هذه الخاصية لأنه، فوق درجة حرارة التحول، يمكن أن يشكل الننتول مارتنسيت الناجم عن الإجهاد، والذي يستوعب سلالات كبيرة ثم يعود إلى الطور الأوستنيتي عند إزالة الإجهاد. وهذا يجعل الننتول مرنًا للغاية مقارنة بالمعادن الأخرى، والتي عادةً لا يمكنها تحمل مثل هذه السلالات دون أن تتشوه بشكل دائم (SpringerLink)â € <â € < (عالم الآلات اليوم).

يعد هذا السلوك فائق المرونة أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب من المواد الخضوع لدورات تشوه متكررة دون أن تفقد شكلها. على سبيل المثال، يمكن لإطارات النظارات المصنوعة من الننتول أن تنحني بشكل كبير دون أن تنكسر، مما يضمن المتانة وطول العمر (عالم الآلات اليوم).

وفي الختام

قضبان الننتولإن قدرتها على الاحتفاظ بشكلها وتحمل الضغط والإجهاد العالي تجعلها لا غنى عنها في العديد من التطبيقات عالية الأداء. من الأجهزة الطبية التي تنقذ الأرواح إلى مكونات الطيران المتقدمة، تستمر الخصائص الفريدة للنيتينول في دفع الابتكار وتعزيز قدرات التقنيات المختلفة. إن فهم العلم وراء ذاكرة شكل الننتول ومرونته الفائقة يساعد المهندسين والعلماء على تطوير حلول أفضل وأكثر كفاءة للتحديات المعقدة.

مراجع حسابات

1. ASME. معدن يتذكر شكله. تم الاسترجاع من ASME.
2. جونسون ماثي. إعداد شكل الننتول. تم الاسترجاع من جونسون ماثي.
3. عالم الآلات اليوم. تطوير ذاكرة جيدة: سبيكة الذاكرة على شكل الننتول. تم الاسترجاع من عالم الآلات اليوم.
4. ذاكرة الشكل والمرونة الفائقة. أساطير وحقائق ميكانيكا الننتول. تم الاسترجاع من سبرينغر.