Кіріспе
Металлургияда пішін жады қорытпасы (SMA) – суық күйде деформацияланатын, бірақ қыздырғанда алдын ала деформацияланған ("есте сақтаған") пішініне қайта оралатын қорытпа. Ол басқа да атаулармен белгілі, мысалы, жады металлы, жады қорытпасы, "ақылды" металл, "ақылды" қорытпа және "бұлшықет" сымы. "Есте сақталынған геометрияны" қажетті геометрияны бекіту және оны термодық өңдеуге ұшырату арқылы өзгертуге болады, мысалы, сымды серпіндің пішінін есте сақтауға баулуға болады. Пішін жады қорытпаларынан жасалған бөлшектер гидравликалық, пневматикалық және моторлық жүйелер сияқты дәстүрлі атқарушы механизмдерге (актуаторларға) жеңіл, қатты күйдегі балама бола алады. Оларды металл құбырларда герметикалық біріктірулер жасау үшін де пайдалануға болады, сондай-ақ, ыстық және суық су ағынының арақатынасын реттеу арқылы су температурасын бақылау үшін сенсор-атқарушы механизмдердің жабық контурын алмастыра алады.
In metallurgy, a shape memory alloy (SMA) is an alloy that can be deformed when cold but returns to its pre deformed ("remembered") shape when heated. It is also known in other names such as memory metal, memory alloy, smart metal, smart alloy, and muscle wire. The "memorized geometry" can be modified by fixating the desired geometry and subjecting it to a thermal treatment, for example a wire can be taught to memorize the shape of a coil spring. Parts made of shape memory alloys can be lightweight, solid state alternatives to conventional actuators such as hydraulic, pneumatic, and motor based systems. They can also be used to make hermetic joints in metal tubing, and it can also replace a sensor actuator closed loop to control water temperature by governing hot and cold water flow ratio.
Шолу
Екі ең көп таралған пішін жады қорытпасы – мыс-алюминий-никель және никель-титан (NiTi), бірақ SMA-лар мырыш, мыс, алтын және темірді қорыту арқылы да жасалуы мүмкін. Темір негізді және мыс негізді SMA-лар, мысалы, Fe Mn Si, Cu Zn Al және Cu Al Ni, NiTi-ге қарағанда коммерциялық тұрғыда қолжетімді және арзан болғанымен, NiTi негізді SMA-лар олардың тұрақтылығы мен қолдануға ыңғайлылығы, сондай-ақ жоғары термомеханикалық көрсеткіштерінің арқасында көптеген қолданымдар үшін артықшылыққа ие. SMA-лар екі түрлі фазада болуы мүмкін, үш түрлі кристалдық құрылыммен (атап айтқанда, егізделген мартензит, егізсіздетілген мартензит және аустенит) және алты мүмкін трансформациямен. SMA-лардың термомеханикалық мінез-құлқы аустенит пен мартензит арасындағы фазалық түрленумен анықталады. NiTi қорытпалары Ms температурасынан төмен температурада салқындату кезінде аустениттен мартензитке өтеді; Mf – салқындату кезінде мартензитке өту аяқталатын температура. Сәйкесінше, қыздыру кезінде As және Af – мартензиттен аустенитке өту басталатын және аяқталатын температуралар. Мартензитке механикалық жүктеме түсірген кезде кристалдардың қайта бағитталуы жүзеге асып, ол «де-егіздеу» деп аталады, нәтижесінде механикалық жүктеме алынғаннан кейін қалпына келмейтін (есте сақталатын) деформация пайда болады. Де-егіздеу белгілі бір σs кернеуде басталып, σf кернеуінде аяқталады, одан жоғары мартензит тек серпімді мінез-құлық көрсетеді (жүктеме беріктік шегінен төмен болған жағдайда). Де-егіздеуден туындаған деформация аустенитке қыздыру арқылы қалпына келтіріледі. Аустениттен мартензитке фазалық түрлену тұрақты температурада да, белгілі бір деңгейден жоғары механикалық жүктеме түсіру арқылы да жүзеге асуы мүмкін. Жүктеме алынған кезде түрлену кері қайтады. Мартензит фазасынан аустенит фазасына өту температура мен кернеуге ғана байланысты, уақытқа емес, көптеген фазалық өзгерістер сияқты, себебі диффузия процесі болмайды. Аустенит құрылымы да осыған ұқсас құрылымды болат қорытпаларынан атын алған. Осы екі фаза арасындағы диффузиясыз қайтымды түрлену ерекше қасиеттерге әкеледі. Мартензит көміртекті болатты аустениттен жылдам салқындату арқылы жасалуы мүмкін, бірақ бұл процесс қайтымсыз, сондықтан болат пішін жады қасиеттеріне ие емес. Бұл суретте тік ось мартензит үлесін көрсетеді. Қыздыру және салқындату арасындағы айырмашылық гистерезиске әкеледі, онда процесте механикалық энергияның бір бөлігі жоғалады. Иіс қисығының пішіні пішін жады қорытпасының материалдық қасиеттеріне, мысалы, қорытпаның құрамына және жұмысқа қатысты қатаюға байланысты.
Пішін жады эффектісі
Пішіннің есте сақтау эффектісі (SME) температуралық түрлендіру арқылы болатын фазалық өзгерудің деформацияны кері қайтару қабілетінен туындайды, бұл бұрынғы гистерезис қисығында көрсетілген. Мартензиттік фаза әдетте моноклиндік немесе орторхондық (B19' немесе B19) болады. Бұл кристалдық құрылымдарда оңай дислокациялық қозғалыс үшін жеткілікті сырғанау жүйелері болмағандықтан, олар жұптасу арқылы – немесе керісінше, жұптасудың жоғалуы арқылы деформацияланады. Мартенсит төмен температурада термодинамикалық тұрақтылығы жоғары, ал аустенит (B2 кубикалық) жоғары температурада термодинамикалық тұрақтылығы жоғары. Бұл құрылымдардың тор өлшемдері мен симметриясы әртүрлі болғандықтан, аустенитті мартенситке салқындату мартензиттік фазада ішкі кернеу энергиясын тудырады. Бұл энергияны азайту үшін мартензиттік фаза көптеген егіздерді қалыптастырады – бұл "өзін-өзі бейімдейтін жұптасу" деп аталады және геометриялық қажетті дислокациялардың жұптасу түрі болып табылады. Пішін жады қорытпасы жоғары температурадан жасалғандықтан және әдетте жұмыс температурасында пішін жады эффектін пайдалану үшін мартензиттік фаза басым болуы үшін жасалғандықтан, SMA-лар "бастапқыда" жоғары дәрежеде жұптасқан күйде болады. Мартенсит жүктелгенде, бұл өзін-өзі бейімдейтін егіздер деформацияға оңай жол ашады. Сыртқы кернеулер мартенситтің жұптасуын жояды, бірақ барлық атомдар жақын жердегі атомдарға қатысты бірдей қалыпта қалады – атомдық байланыстар үзілмейді немесе қайта құрылмайды (дислокациялық қозғалыс кезінде болатындай). Осылайша, температура көтерілгенде және аустенит термодинамикалық тұрақтылығы жоғары болғанда, барлық атомдар B2 құрылымына қайта орналасады, бұл B19'-ның деформацияға дейінгі пішінімен сәйкес келетін макроскопиялық пішінге ие. Бұл фазалық өзгеру өте жылдам жүреді және SMA-ға ерекше "серпіліс" қасиетін береді. Пішіннің есте сақтау эффектісін қайталап қолдану сипаттамалық түрлендіру температураларының өзгеруіне әкелуі мүмкін (бұл эффект функционалдық шаршау деп аталады, себебі ол материалдың микроқұрылымдық және функционалдық қасиеттерінің өзгеруімен тығыз байланысты). SMA-лардың стресстің әсеріне енбейтін ең жоғары температурасы Md деп аталады, онда SMA-лар тұрақты деформацияға ұшырайды.
Бір жақты және екі жақты пішін жады
Пішін жады қорытпаларының әртүрлі пішін жады әсерлері бар. Ең көп таралған екі әсер – бір жолғы SMA және екі жолғы SMA. Бұл әсерлердің схемасы төменде көрсетілген. Процедуралар өте ұқсас: мартенситтен бастап, деформация енгізіледі, сынама қыздырылады және қайта салқындатылады.
Бір жақты есте сақтау эффектісі
Пішін жады қорытпасы суық күйде (Mf температурасынан төмен) болғанда, металл иілуге немесе созылуға болады және ол пішінін өту температурасынан жоғары қызғанша сақтайды. Қыздырғанда пішін бастапқы күйіне қайта келеді. Металл қайта салқындағанда, деформацияланғанға дейін пішінін сақтайды. Бір бағытты әсерде жоғары температурадан салқындату макроскопиялық пішін өзгерісіне алып келмейді. Төмен температурадағы пішін алу үшін деформация қажет. Жылыту кезінде трансформация As температурасында басталып, Af температурасында аяқталады (әдетте, қорытпаның түріне және жүктеме жағдайларына байланысты 2 °C-тан 20 °C-қа дейін немесе одан да жоғары). As температурасы қорытпаның түрі мен құрамымен анықталады және 150-нен 200-ге дейін өзгеруі мүмкін.
Екі жақты әсер
Екі жолды пішін жады эффектісі – материалдың екі түрлі пішінді есте сақтау қабілеті: біреуі төмен температурада, екіншісі жоғары температурада. Қыздыру және салқындату кезінде пішін жады эффектін көрсететін материал екі жолды пішін жадыға ие деп есептеледі. Бұл сыртқы күш қолданбастан да (ішкі екі жақты эффект) қол жеткізілуі мүмкін. Материалдың осы жағдайларда мұндай өзгеше әрекет ету себебі – жаттығу. Жаттығу дегеніміз, пішін жады белгілі бір тәртіппен әрекет етуді "үйренуі" мүмкін дегенді білдіреді. Әдеттегі жағдайда пішін жады қорытпасы төмен температурадағы пішінін "есінде" сақтайды, бірақ жоғары температурадағы пішінін қалпына келтіру үшін қыздырғанда төмен температурадағы пішінін дереу "ұмытады". Дегенмен, оны жоғары температуралық фазаларда төмен температурадағы деформацияланған күйдің белгілі бір іздерін сақтау үшін "жаттықтыруға" болады. SMA-ны жаттықтырудың бір тәсілі – тұрақты кернеу өрісінде циклдық жылу жүктемесін қолдану. Бұл процесте микроқұрылымға ішкі ақаулар енгізіледі, олар мартензиттік кристалдардың бағытталуына көмектесетін ішкі тұрақты кернеулерді тудырады. Сондықтан, ешқандай күш қолданбастан аустениттік фазадағы жаттықтырылған SMA-ны салқындатқанда, ішкі кернеулердің әсерінен мартензит бөлшектенбей пайда болады, бұл материалдың пішінінің өзгеруіне алып келеді. Ал SMA-ны аустенитке қайта қыздырғанда, ол бастапқы пішінін қалпына келтіреді. Мұны жасаудың бірнеше жолы бар. Белгілі бір температурадан жоғары қыздырылған, жаттықтырылған нысан екі жолды жады эффектісін жоғалтады.
Псевдоэластикалық
SMA кейде супереластикалық деп аталатын құбылысты көрсетеді, бірақ оны псевдоэластикалық деп дәл сипаттаған дұрыс. Супереластикалық қасиет атомдар арасындағы атомдық байланыстардың пластикалық деформациясыз едәуір созылуын білдіреді. Псевдоэластикалық қасиет те үлкен, қайта қалпына келетін деформацияға мүмкіндік береді, бірақ ол күрделі механизмдерге негізделген. SMA-да кемінде 3 түрлі псевдоэластикалық қасиеттер кездеседі. Псевдоэластикалықтың екі аз зерттелген түрі – қысқа аралықтағы тәртіпке байланысты псевдо-екіздік қалыптасу және резеңке тәрізді мінез-құлық. Негізгі псевдоэластикалық эффект – кернеуге байланысты фазалық түрлену. Оң жақтағы сурет осы процестің қалай жүзеке асырылатынын көрсетеді. Мұнда SMA-ға аустениттің аяқталу температурасынан (Af) жоғары, бірақ мартензит деформация температурасынан (Md) төмен изотермиялық жүктеме қолданылады. Жоғарыдағы сурет псевдоэластикалық кернеуге байланысты фазалық түрленуді формалық жад эффектісіне байланысты температуралық фазалық түрленумен байланыстыра отырып, мұның қалай мүмкін екенін көрсетеді. Af-тің белгілі бір нүктесі үшін, егер бұл нүктеде Md-де де жоғары кернеу болса, Ms сызығындағы жоғары температуралы нүктені таңдауға болады. Материал бастапқыда металдарға тән серпімді-пластикалық мінез-құлықты көрсетеді. Алайда, материал мартензиттік кернеуге жеткенде, аустенит мартензитке айналып, де-екізденеді. Бұрын айтылғандай, мартензиттен аустенитке қайта түрленгенде бұл де-екіздену процесі кері қайтады. Егер үлкен кернеулер қолданылса, мартензиттің де-екізденуі және сығу сияқты пластикалық мінез-құлық дән шекаралары немесе қоспалар сияқты жерлерде басталады. Егер материал пластикалық деформация пайда болмай тұрып босатылса, аустенит үшін сынды кернеуге (σas) жеткеннен кейін аустенитке қайта айналады. Материал құрылымдық өзгерістен туындаған барлық деформацияны дерлік қалпына келтіреді, ал кейбір SMA үшін бұл 10 пайыздан астам деформацияны құрайды. Бұл гистерезис цикл материалдың шағын және үлкен деформациялар арасындағы әрбір циклы үшін атқарылған жұмысты көрсетеді, бұл көптеген қолданбалар үшін маңызды. Аустенит және мартензит басталу және аяқталу сызықтары температура графигінде параллель жүреді. ШЖЭ және псевдоэластикалық қасиет – бір құбылыстың екі бөлігі, сол жақта көрсетілгендей. Үлкен деформацияның кілті – екі фаза арасындағы кристалдық құрылымның айырмашылығы. Аустенит әдетте кубикалық құрылымға ие, ал мартензит моноклиндік немесе басқа құрылымға ие болуы мүмкін, ол әдетте төмен симметриялы. Мысалы, нитинол сияқты моноклиндік мартензитті материал үшін моноклиндік фазаның симметриясы төмен, себебі белгілі бір кристаллографиялық бағдарлар басқа бағдарларға қарағанда жоғары деформацияны қабылдай алады. Осыдан материалдың жалпы деформацияны барынша арттыратын бағдарларды қалыптастыруға бейімделетіндігі байқалады. Бұл процеске көмектесетін бір механизм – мартензит фазасының егізденуі. Кристаллографияда егіз шекара – бұл тордың атомдық жазықтықтарының үйісуі шекара жазықтығында айналған екі өлшемді ақау. Кернеу мен температураға байланысты бұл деформация процестері сығу сияқты тұрақты деформациямен бәсекелеседі. σms температура және фазалық ядролану үшін ядролану орындарының саны сияқты параметрлерге тәуелді екенін атап өту маңызды. Интерфейстер мен қоспалар трансформацияның басталуы үшін жалпы орындарды ұсынады, егер олар көп болса, онда ядролану күшін арттырады. Біртекті ядролануға қарағанда кіші σms қажет болады. Сол сияқты температураның өсуі фазалық түрленудің қозғаушы күшін азайтады, сондықтан үлкен σms қажет болады. SMA-ның жұмыс температурасын арттырғанда, σms беріктік шегінен (σy) жоғары болады және супереластикалық қасиет байқалмайды.
Тарих
Формалық естелік эффектін ашуға жасалған алғашқы қадамдар 1930 жылдары басталды. Оцука мен Уэйманның мәлімдемесіне сәйкес, Арне Оландер 1932 жылы AuCd қорытпасының псевдоэластикалық қасиеттерін анықтаған. Гренингер мен Муррадиан (1938) CuZn қорытпасының температурасын төмендету және көтеру арқылы мартензиттік фазаның пайда болуын және жоғалуын байқады. Мартензит фазасының термоэластикалық мінез-құлқымен байланысты естелік эффектісінің негізгі құбылысы он жылдан кейін Курджумов пен Хандрос (1949) және Чанг пен Рид (1951) тарапынан кеңінен сипатталды. SMA-ның тағы бір түрі – ферромагниттік пішін жады қорытпасы (FSMA), ол күшті магниттік өрістер әсерінен пішінін өзгертеді. Бұл материалдарға ерекше қызығушылық бар, себебі магниттік реакция температуралық реакцияларға қарағанда жылдам және тиімді болады. Жылуға жауап беретін материалдар тек металл қорытпалары ғана емес, пішін жады полимерлері де жасалды және 1990 жылдардың соңында коммерциялық қолжетімділікке ие болды.
Кристалдық құрылымдар
Көптеген металдардың бірдей құрамында бірнеше түрлі кристалдық құрылымдары болады, бірақ көптеген металдарда бұл пішін жадын сақтау әсері байқалмайды. Пішін жадын сақтау қорытпаларына қыздырғаннан кейін бастапқы пішініне қайта оралуға мүмкіндік беретін ерекше қасиет – олардың кристалдық түрленуінің толыққанды қайтымды болуы. Кристалл түрленуінің көпшілігінде құрылымдағы атомдар металл ішінде диффузия арқылы жылжу арқылы, металлдың жалпы құрамы бірдей атомдардан тұрса да, жергілікті құрамын өзгертеді. Қайтымды түрленуде атомдардың диффузиясы болмайды, оның орнына барлық атомдар бір уақытта ығысып, жаңа құрылымды жасайды, дәл сияқты, екі қарама-қарсы жақтарын итеріп, шаршыдан параллелограмм жасауға болады. Әртүрлі температурада әртүрлі құрылымдар басым болады және құрылым өтпелі температураға дейін салқындатылғанда аустениттік фазадан мартензиттік құрылым пайда болады.
Өндiру
Пішін жады қорытпалары әдетте құю арқылы, вакуумдық доғалы балқыту немесе индукциялық балқыту арқылы жасалады. Бұл – қорытпадағы қоспаларды ең аз деңгейде ұстау және металдардың жақсы араласуын қамтамасыз ету үшін қолданылатын мамандандырылған техникалар. Содан кейін қорытпа ыстық прокаттау арқылы ұзын бөліктерге айналдырылады, одан кейін сымға тартылады. Қорытпаларды "үйрету" әдісі қажетті қасиеттерге байланысты. "Үйрету" қорытпаның қыздырылғанда қайта қалпына келтіретін пішінін анықтайды. Бұл қорытпаны қыздыру арқылы жүзеге асырылады, сонда дислокациялар тұрақты жағдайға орналасады, бірақ материалды қайта кристалдау үшін тым ыстық болмайды. Оларды 30 минут бойы 400-500 градусқа дейін қыздырып, ыстық күйінде пішіндейді, содан кейін суға немесе ауаға батыру арқылы жылдам салқындатады.
Қасиеттері
Мыс негізіндегі және NiTi негізіндегі пішін жады қорытпалары инженерлік материалдар саналады. Бұл құралымдарды кез келген пішінде және көлемде жасауға болады. Пішін жады қорытпаларының беріктігі дәстүрлі болаттан төмен, бірақ кейбір құралымдардың беріктігі пластиктен немесе алюминийден жоғары. NiTi-дің беріктік шегі 500-ге дейін жете алады. Металдың өзінің жоғары құны және өңдеу талаптары SMA-ны дизайнға енгізуді қиын және қымбат етеді. Осының салдарынан, бұл материалдар суперэластикалық қасиеттерін немесе пішін жады әсерін пайдалануға болатын қолдануларда қолданылады. Ең көп таралған қолданылуы – орындау механизмдерінде. Пішін жады қорытпаларын пайдаланудың бір артықшылығы – үлкен деформацияны қалпына келтіру мүмкіндігі. Кейбір қорытпалар үшін бұл материалдар тұрақты зақым келтірмейтін 8-ге дейін деформацияны қалпына келтіре алады. Бұл көрсеткіш дәстүрлі болаттар үшін максималды 0,5 деформациясымен салыстырылады.
Іс жүзіндегі шектеулер
SMA дәстүрлі орындаушылардан (актуаторлардан) көптеген артықшылықтары бар, бірақ практикалық қолдануға кедергі келтіретін бірқатар шектеулерге тап болады. Сан алуан зерттеулерде, формалық жады қорытпаларының патенттелген қолдануларының азағы ғана материалдық шектеулермен, материал және жобалау туралы білімнің жетіспеушілігімен, сондай-ақ тиісті құралдардың, мысалы, дұрыс емес жобалау тәсілдері мен техникаларының қолданылуымен байланысты коммерциялық сәттілікке жете алатыны айтылды. SMA қолдануларын жобалаудағы қиындықтар – олардың шектеулерін жеңу болып табылады, оларға салыстырмалы түрде шағын пайдалы деформация, төменгі орындау жиілігі, басқарудың төменгі деңгейі, төменгі дәлдік және энергия тиімділігінің төмендігі кіреді.
Жауап уақыты мен жауап симметриясы
SMA актуаторлары көбінесе электр энергиясымен іске қосылады, мұнда электр тогы Джоуль қыздыруын тудырады. Өшіру әдетте қоршаған ортаға еркін конвекциялық жылу алмасу арқылы жүзеге асырылады. Осының салдарынан, SMA іске қосылуы әдетте асимметриялық болады, салыстырмалы түрде жылдам іске қосылу уақыты және баяу өшіру уақыты бар. SMA өшіру уақытын қысқарту үшін бірнеше әдістер ұсынылған, оның ішінде күшті конвекция және жылу алмасу жылдамдығын басқару үшін SMA-ны өткізгіш материалмен қаптау. SMA актуаторларының мүмкіндіктерін арттырудың жаңа әдістері өткізгіш "қаптаманы" пайдалануды қамтиды. Бұл әдісте жылу пастасы SMA-дан жылуды өткізгіштік арқылы жылдам түрде шығарып жібереді. Бұл жылу конвекция арқылы оңай қоршаған ортаға беріледі, себебі сыртқы радиустар (және жылу алмасу ауданы) қара сымға қарағанда едәуір үлкен. Бұл әдіс өшіру уақытын айтарлықтай қысқартуға және симметриялық іске қосу профилін жасауға мүмкіндік береді. Жылу алмасу жылдамдығының жоғарылауы нәтижесінде, белгілі бір іске қосу күшін алу үшін қажетті ток мөлшері артады.
Құрылымдық шаршау және функционалдық шаршау
SMA құрылымдық шаршауға ұшырайды – циклдық жүктеме салдарынан жарық пайда болып, таралып, соңында сыну арқылы функциясының толық жойылуына әкелетін құбылыс. Бұл шаршау түрінің физикалық себебі – циклдық жүктеме кезінде микроқұрылымдық зақымдардың жиналуы. Мұндай ақаулық тек SMA-да ғана емес, көптеген инженерлік материалдарда да кездеседі. SMA-лар функционалдық шаршауға да бейім, бұл көптеген инженерлік материалдарға тән емес. Бұл жағдайда SMA құрылымдық тұрғыдан зақымдануға ұшырамайды, бірақ уақыт өте келе пішінін есте сақтау және суперэластикалық қасиеттерін жоғалтады. Циклдық жүктеме (механикалық және термиялық) салдарынан материал қайтымды фазалық түрленуге түсу қабілетін жоғалтады. Мысалы, актуатордың жұмыс істеудегі ығысуы цикл санының артуымен азаяды. Бұл құбылыстың негізі – микроқұрылымның біртіндеп өзгеруі, дәлірек айтқанда, бейімделуге қатысты дислокациялардың жиналуы. Бұл көбінесе трансформация температурасының айтарлықтай өзгеруімен бірге жүреді. SMA актуаторларының конструкциясы SMA-ның құрылымдық және функционалдық шаршауына әсер етуі мүмкін, мысалы SMA шкивтік жүйесіндегі шкивтердің орналасуы сияқты.
Қалайсыз іске қосу
SMA актуаторлары көбінесе Джоуль қыздыру арқылы электрмен іске қосылады. Егер SMA қоршаған ортаның температурасы бақыланбайтын жағдайда қолданылса, сыртқы қыздыру салдарынан күтпеген іске қосылу мүмкін.
Әуе кемелері мен ғарыш кемелері
Боинг, General Electric Aircraft Engines, Goodrich Corporation, NASA, Texas A&M University және All Nippon Airways компаниялары NiTi SMA-ны пайдалана отырып, өзгермелі геометриялық Chevron-ды жасады. Мұндай өзгермелі ауданы бар желдеткіштік соқпақ (VAFN) дизайны болашақта тыныш және тиімді реактивтік қозғалтқыштарды жасауға мүмкіндік береді. 2005 және 2006 жылдары Boeing компаниясы осы технологияны ұшу сынақтарынан сәтті өтті. SMA-лар ұшыру құралдары мен коммерциялық реактивтік қозғалтқыштар үшін дірілді демпферлеуге қолданылуда. Супереластикалық эффект кезінде байқалатын үлкен гистерезис SMA-ға энергияны таратып, дірілді басуға мүмкіндік береді. Бұл материалдар ұшыру кезіндегі пайдалы жүктерге, сондай-ақ коммерциялық реактивтік қозғалтқыштардағы желдеткіш қанаттарына түсетін жоғары діріл жүктемесін азайтуға үміттендіреді, бұл оларды жеңіл және тиімді етуге мүмкіндік береді. SMA-лар шарлы подшипниктер және қону шассисі сияқты жоғары соққыға төтеп беретін басқа да қолданыстарға ие. Коммерциялық реактивтік қозғалтқыштардағы әртүрлі атқарушы механизмдерде SMA-ны пайдалануға да үлкен қызығушылық бар, бұл олардың салмағын айтарлықтай азайтып, тиімділігін арттырады. Дегенмен, оларды сәтті енгізу үшін бұл сала бойынша одан әрі зерттеулер жүргізу қажет, материалдардың трансформация температурасын жоғарылату және механикалық қасиеттерін жақсарту қажет. Ma және авторлар жоғары температуралық пішін жады қорытпалары (HTSMA) саласындағы соңғы жетістіктерге шолу жасайды, себебі олар өте жеңіл роботтар жасауға мүмкіндік береді. Loh және авторлар жақында адам қолының қозғалысын дерлік қайталап бере алатын жасанды қолды ұсынды [Loh2005]. Биомиметикалық қолданыстар да зерттелуде. Технологияның әлсіз тұстары – энергия тиімсіздігі, жауап беру уақытының баяулығы және үлкен гистерезис.
Клапандар
SMA-лар клапандарды жұмыс істету үшін де қолданылады. SMA клапандары өте ықшамды құрылымға ие.
Биоинженерлік робот қолы
Бірнеше SMA негізінде жасалған робот қол прототиптері бар, олар саусақтарды қозғалту үшін пішін жады эффектін (SME) пайдаланады.
Азаматтық құрылымдар
SMA көпiрлер мен ғимараттар сияқты азаматтық құрылыстарда кеңінен қолданылады. Арматура немесе пластиналар түрінде оларды бетон және болат конструкцияларды иілуге, қиюға және сейсмикалық күштерге қарсы нығайту үшін пайдалануға болады. Тағы бір қолданысы – «Ақылды темірбетон» (IRC), ол бетон ішіне орнатылған SMA сымдарын қамтиды. Бұл сымдар жарықтарды анықтап, микрожарықтарды жауып тастауға көмектеседі. Сонымен қатар, SMA сымдарын қолданып құрылымның табиғи жиілігін белсенді түрде реттеу арқылы дірілдерді басуға, ал бетонда SMA талшықтарын пайдалануға да болады.
Құбырлар
Тұтынушыларға арналған алғашқы коммерциялық қолданыс – мұнай құбырлары, өнеркәсіптік және тұтынушылық/коммерциялық мақсаттағы су құбырлары сияқты құбырларды жалғау үшін пішін жадына ие байланыстырғыш болды.
Смартфон камералары
Бірнеше смартфон компаниялары Cambridge Mechatronics лицензиясымен жасалған SMA актуаторларын енгізген оптикалық бейне тұрақтандыру (OIS) модульдерімен жабдықталған телефондарды шығарды.
Медицина
Формалық жады қорытпалары медицинада қолданылады, мысалы, ортопедиялық хирургияда сүйек кесулерді бекітуге арналған құрылғылар ретінде, хирургиялық құралдардағы орындаушы механизм ретінде; биопсия және брахитерапия сияқты хирургиялық процедураларда аз инвазивті тері арқылы жасалатын қатерлі ісіктерге арналған басқарылатын хирургиялық инелер, тіс түзету құрылғыларында тістерге тұрақты күш түсіру үшін, ал капсулалық эндоскопияда биопсия жасауды іске қосу үшін қолданылуы мүмкін. 1980 жылдардың соңында Нитинол бірнеше аз инвазивті эндоваскулярлық медициналық қолдануда маңызды технология ретінде коммерциялық түрде енгізілді. Қарбонатты болаттан қымбатқа түсетін болса да, BTR (дене температурасына реакция) технологиясымен өндірілген Нитинол қорытпаларының өздігінен кеңею қасиеттері стент-қоспадалар үшін шармен кеңейтілетін құрылғыларға тартымды балама болып табылады, себебі олар дене температурасына ұшырағанда қан тамырларының пішініне бейімделе алады. Бүгінгі күні әлемдік нарықта қолжетімді барлық перифериялық тамырлық стенттердің шамамен 50 пайызы Нитинолдан жасалған.
Оптометрия
СМА құрамында титаннан жасалған көзілдірік фреймдері Flexon және TITANflex сауда белгілерімен сатылады. Бұл фреймдер әдетте, ауысу температурасы күтілетін бөлме температурасынан төмен реттелген пішін жады қорытпаларынан жасалады. Бұл, фреймдерге кернеу кезінде үлкен деформацияға ұшырауға, бірақ металл босатылғаннан кейін бастапқы пішінін қайтаруға мүмкіндік береді. Мұндай үлкен, көзге көрінетін серпімді деформация стресс-индукцияланған мартензиттік эффектіге байланысты, онда кристалдық құрылым жүктеме кезінде өзгеруі мүмкін, соның арқасында форма жүктеме астында уақытша өзгеріп отырады. Осының салдарынан пішін жады қорытпаларынан жасалған көзілдіріктер кездейсоқ зақымдануға төтеп беруге жарамдырақ.
Ортопедиялық хирургия
Мемори металл, әдетте төменгі аяқтардағы процедуралар үшін, сүйек кесу операцияларында фиксациялық қысым құрылғысы ретінде ортопедиялық хирургияда қолданылады. Құрылғы, көбінесе үлкен тігіс түрінде, өзгертілгіш күйінде тоңазытқышта сақталады және сүйек кесу жерінен өткізілген, алдын ала тесілген тесіктерге енгізіледі. Тігіс қызған кезде бастапқы пішініне келіп, сүйек беттерін біріктіріп, сүйек тінігуіне көмектеседі.
Тіс дәрігерлігі
СМА-ның қолданылу саласы жылдар бойы кеңейді, дамудың маңызды бір саласы стоматология болып табылады. Мысалы, тістерге үздіксіз күш түсіру үшін СМА технологиясын пайдаланатын тіс түзетуші құрылғылары кеңінен қолданылуда; нитинол доғасы 1972 жылы ортодонт Джордж Андреасен жасаған. Бұл клиникалық ортодонтияда революция жасады. Андреасеннің қорытпасы геометриялық программалау арқасында белгілі бір температура диапазонында кеңейіп, жиырылып, пішін жадын сақтайды. Кейін Хармит Д. Валия осы қорытпаны эндодонтияда тамыр каналдарын жасау үшін пайдаланды.
Негізгі тербеліс
Дәстүрлі тербелісті басудың белсенді әдістері, тербеліске қарсы бағытта объектіні қозғау үшін электрлік, гидравликалық немесе пневматикалық жүйелерді пайдаланады. Дегенмен, бұл жүйелер адам тербелісінің жиілігінде үлкен амплитудалы қуатты жасау үшін қажетті үлкен инфрақұрылыммен шектеледі. Форма өзгерту қабілеті бар қорытпалар (SMA) қолмен ұсталатын қолданбаларда тиімді қозғау әдісі екенін дәлелдеді және жаңа буын активті тербелісті басу құрылғыларын жасауға мүмкіндік берді. Мұндай құрылғының бір мысалы – Verily Life Sciences компаниясының еншілес кәсіпорны Lift Labs әзірлеген Liftware қасығы.
Қозғалтқыштар
1970 жылдан бері суық және ыстық су резервуарларындағы салыстырмалы түрде шамалы температура айырмашылығынан жұмыс істейтін тәжірибелік қатты денедегі жылу машиналары, оның ішінде Риджвей Банкс жасаған Банкс машинасы дамытылды.
Қолөнер
Шағын дөңгелек түрінде, бекітілмейтін білезіктерге орнату үшін сатылады.
Жылу және салқындату
Саар университетінің неміс ғалымдары айналмалы цилиндрге оралған никель-титан ("нитинол") қорытпасынан жасалған сымды пайдаланып, жылуды тасымалдайтын машинаның прототипін жасады. Цилиндр айналғанда, сымның "суперэластикалық" күйден бос күйге өтуі арқасында бір жағынан жылу сіңіріліп, екінші жағынан бөлінеді. Саар университетінің 2019 жылғы мақаласына сәйкес, жылуды тасымалдау тиімділігі әдеттегі жылу сорғысы немесе кондиционерге қарағанда жоғары болып көрінеді. Бүгінгі күні қолданылатын кондиционерлер мен жылу сорғыларының көбі тоңазытқыш заттарды бу арқылы қысу принципін қолданады. Уақыт өте келе, осы жүйелерде қолданылатын кейбір тоңазытқыш заттар атмосфераға шығып, жаһандық жылынуға себеп болады. Егер осы жаңа технология экономикалық тұрғыдан тиімді және практикалық болып шығарса, ол климаттық өзгерістерді азайту жолында маңызды қадам болуы мүмкін.