Imaginez un matériau qui garde sa forme même après avoir été tordu, plié ou étiré. C'est exactement ce que font les alliages à mémoire de forme (AMF), qui transforment l'ingénierie dans de nombreux domaines. Cet article explore la manière dont les SMA convertissent la chaleur perdue en énergie mécanique, améliorent les dispositifs médicaux et les produits de tous les jours tels que les appareils électroménagers. Plongez dans cet article pour comprendre l'impact révolutionnaire des SMA et découvrir leurs remarquables applications dans la technologie moderne.
Le développement énergétique est un domaine d'application important pour les alliages à mémoire de forme. Grâce à la propriété des alliages à mémoire de forme de changer de forme pendant le chauffage et le refroidissement, l'énergie thermique de faible qualité, telle que la chaleur résiduelle, l'énergie géothermique et l'énergie solaire, peut être directement convertie en énergie mécanique utilisable.
Sur la base de ce principe, divers moteurs thermiques ont été développés avec succès, accélérant la miniaturisation et la portabilité des moteurs thermiques.
Ces dernières années, les chercheurs du monde entier ont développé des matériaux à fonction de mémoire, principalement à mémoire de forme, à mémoire de température et à mémoire de couleur. Parmi ces matériaux, c'est l'alliage à mémoire de forme qui connaît le développement le plus rapide.
En raison de leurs performances supérieures et de leurs vastes perspectives d'application dans des domaines tels que l'automobile, la robotique, le développement énergétique, les équipements médicaux et les appareils ménagers, les alliages à mémoire de forme sont devenus l'une des principales sources de revenus des entreprises. nouveaux matériaux à développer au 21ème siècle.
Les alliages à mémoire de forme ont été les premiers matériaux à fonction de mémoire découverts. Au début des années 1950, des experts de l'université de l'Illinois, aux États-Unis, ont découvert par hasard, au cours d'une expérience, que les alliages or-cadmium avaient une fonction de mémoire de forme.
Plus tard, on a découvert que les alliages d'indium-thallium avaient également un effet de mémoire similaire, mais en raison de leur coût élevé, ils n'ont pas attiré l'attention. Ce n'est qu'en 1963 que l'Institut de recherche sur les armes de la marine américaine a découvert accidentellement, au cours de ses recherches sur les alliages nickel-titane, que ces alliages avaient un effet de mémoire de forme significatif.
Ils présentent également de nombreux avantages uniques que les autres métaux ne possèdent pas, tels qu'une excellente superélasticité, une résistance à la corrosion et une résistance aux vibrations. Cette découverte a attiré l'attention des chercheurs et la recherche a commencé.
Ces dernières années, les alliages à mémoire de forme ont émergé avec le développement rapide de la science et de la technologie, et plusieurs douzaines d'alliages à mémoire de forme ont été développés.
Actuellement, les principaux alliages à mémoire de forme utilisés dans la pratique sont les séries nickel-titane, cuivre et fer (ou acier inoxydable).
Les alliages nickel-titane sont parmi les matériaux les plus performants et les plus largement utilisés dans les alliages à mémoire de forme. Ils se caractérisent par une bonne ductilité, une bonne résistance à la mémoire de forme, une bonne déformation, une bonne résistance à la corrosion, une bonne résistance électrique et une bonne stabilité, mais leur coût est également élevé.
Ces alliages présentent des comportements de mémoire de forme unidirectionnelle et bidirectionnelle, et la plage de température à laquelle ils présentent ces comportements peut être élargie ou réduite grâce à l'amélioration des alliages.
Ces dernières années, de nombreux pays travaillent sur une série d'alliages nickel-titane améliorés en ajoutant d'autres éléments afin de renforcer leurs propriétés et de réduire leurs coûts. Par exemple, l'ajout de cuivre ou de vanadium, d'aluminium, de chrome, de zirconium et de traces de calcium peut améliorer de manière significative leur ténacité, leur usinabilité et leur aptitude à la coupe.
En outre, l'ajout d'éléments des terres rares et de bore, de silicium, de phosphore, de soufre, etc. aux alliages nickel-titane-cuivre peut donner lieu à des alliages à mémoire de forme dont les caractéristiques de récupération sont nettement améliorées.
Sumitomo Electric Industries au Japon produit des fils d'alliage à mémoire de forme esthétiquement agréables en ajoutant du cuivre (ou de l'aluminium, du zirconium, du vanadium, du cobalt, du fer) à des alliages de nickel-titane et en étirant le fil après l'avoir étiré. traitement de surfacepour répondre aux exigences en matière de décoration.
Cantoku, au Japon, a mis au point un fil d'alliage nickel-titane d'un diamètre inférieur de moitié à celui d'une mèche de cheveu, qui présente une bonne aptitude au composite et au tissage, une bonne élasticité et une bonne sensibilité thermique. Ces propriétés le rendent largement applicable dans des domaines tels que les soupapes de voiture, les chauffe-eau, les régulateurs d'eau, les régulateurs thermiques électriques miniatures et les soutiens-gorge.
Les alliages à mémoire de forme à base de cuivre sont moins chers et plus faciles à façonner que les alliages à mémoire de forme à base de nickel et de titane, ce qui leur confère un potentiel de développement important.
Cependant, la résistance des alliages à mémoire de forme à base de cuivre est inférieure à celle des alliages à mémoire de forme à base de nickel et de titane, et leur capacité de mémoire diminue rapidement en cas de chauffage répété.
Pour améliorer les propriétés mécaniques des alliages à mémoire de forme à base de cuivre, de petites quantités de titaneIl est possible d'y ajouter du manganèse et du zirconium. L'alliage à mémoire de forme à base de cuivre le plus performant et le plus utilisé est l'alliage cuivre-zinc-aluminium.
Cet alliage a une conductivité thermique élevée et est sensible aux changements de température, ce qui le rend approprié pour la fabrication de composants thermosensibles. Des pays comme les États-Unis et le Japon utilisent des alliages de cuivre-zinc-aluminium dans les ouvre-fenêtres automatiques des serres et des pépinières pour réguler la température ambiante.
Cependant, la résistivité des alliages cuivre-zinc-aluminium est plus faible que celle des alliages nickel-titane, ce qui les rend inadaptés aux situations de chauffage électrique. L'ajout de fer ou de silicium peut améliorer leur résistance à la corrosion.
Une entreprise de Tokyo, au Japon, a réussi à mettre au point un alliage de cuivre-nickel-aluminium doté d'effets de mémoire de couleur. Cet alliage passe du rouge au doré en fonction de la température et peut être largement utilisé dans la production d'objets d'art, de décorations, de jouets et d'appareils ménagers.
Les alliages à mémoire de forme à base de fer sont peu coûteux et abondants, ce qui les rend plus compétitifs. Les alliages à mémoire de forme à base de fer développés comprennent les alliages fer-manganèse, les alliages fer-platine et les alliages à mémoire de forme en acier inoxydable.
L'ajout de silicium aux alliages de manganèse permet d'obtenir des alliages fer-manganèse-silicium dotés d'une bonne mémoire de forme. Ces alliages ont une grande solidité mais une faible résistance à la corrosion.
L'ajout de chrome peut améliorer considérablement leur résistance à la corrosion. Les alliages à mémoire de forme à base de fer sont aujourd'hui largement utilisés dans la fabrication de joints de tuyaux, de rivets et d'autres connecteurs, ainsi que d'accessoires. Ils sont non seulement faciles à installer et à utiliser, mais aussi sûrs et fiables, ce qui en fait des matériaux fonctionnels prometteurs.
Les alliages à mémoire de forme en acier inoxydable récemment mis au point au Japon présentent non seulement d'excellentes caractéristiques de reprise de forme et de résistance à la corrosion, mais aussi une bonne usinabilité et une bonne résistance à l'oxydation à haute température.
Outre les composants principaux que sont le chrome, le manganèse, le silicium et le fer, ces alliages contiennent une certaine quantité de nickel ou de cobalt, de cuivre et d'azote.
Ces alliages à mémoire de forme en acier inoxydable peuvent être fondus dans des fours sidérurgiques traditionnels et transformés en produits finis à l'aide de méthodes courantes, ce qui les rend extrêmement polyvalents.
Grâce à leurs propriétés supérieures, les alliages à mémoire de forme sont largement utilisés dans les dispositifs de contrôle automatique, la robotique, l'industrie automobile, le développement énergétique, les soins de santé et les biens de consommation courante.
Les alliages à mémoire de forme fonctionnent comme des capteurs de température et des éléments d'actionnement, ce qui les rend extrêmement sensibles pour le contrôle automatique. L'une des utilisations les plus courantes de ces alliages est le freinage.
Plus d'une centaine de types différents de freins à mémoire de forme sont actuellement utilisés dans l'industrie automobile, principalement pour contrôler les moteurs, les transmissions et les suspensions afin d'améliorer la sécurité, la fiabilité et le confort.
Les alliages à mémoire de forme sont également utilisés dans les dispositifs de prévention du bruit dans les systèmes de transmission manuelle et dans les dispositifs de contrôle des gaz d'échappement des moteurs. L'effet mémoire et la superélasticité de ces alliages peuvent être appliqués aux capteurs de déplacement et aux freins des robots industriels.
L'application des freins en alliage à mémoire de forme dans les robots a donné des résultats encourageants. En utilisant des ressorts en alliage à mémoire de forme et leurs fils d'alliage, il est possible d'assembler de petits robots. En contrôlant la contraction de l'alliage, les doigts du robot peuvent s'ouvrir, se fermer et fléchir.
La position, les actions et la vitesse du robot sont contrôlées par l'entrée directe d'un courant pulsé à fréquence variable dans le système de commande. élément d'alliage. La force de récupération de la forme est contrôlée par la taille du courant, ce qui permet aux mouvements d'imiter les mouvements musculaires biologiques.
En outre, le développement de l'énergie est un autre domaine d'application important pour les alliages à mémoire de forme. En utilisant les propriétés de changement de forme des alliages à mémoire de forme pendant le chauffage et le refroidissement, l'énergie thermique de faible qualité, telle que la chaleur résiduelle, l'énergie géothermique et l'énergie solaire, peut être directement convertie en énergie mécanique pour être utilisée.
Sur la base de ce principe, divers moteurs thermiques ont été développés avec succès, accélérant la miniaturisation et l'allègement des moteurs thermiques.
La superélasticité, la biocompatibilité et la non-toxicité des alliages à mémoire de forme ont conduit à leur application réussie dans le domaine médical.
En dentisterie, les alliages à mémoire de forme peuvent être utilisés pour créer des racines de dents artificielles, des gouttières et des couronnes dentaires. La dent artificielle est fixée sur une gencive en alliage de nickel-titane, sous laquelle se trouvent des feuilles de racine en alliage double couche.
Lors d'une intervention chirurgicale, ces feuilles de racines sont serrées ensemble à basse température et implantées dans l'os alvéolaire. Sous l'influence de la température du corps, les feuilles de racines s'inversent et reprennent leur forme originale en huit, s'ancrant fermement dans l'os alvéolaire.
Ces racines dentaires artificielles sont résistantes à la corrosion et biocompatibles et sont largement utilisées en dentisterie.
En outre, les alliages à mémoire de forme sont également utilisés comme fils d'alignement des dents, qui sont supérieurs à ceux en acier inoxydable. La superélasticité du clip en alliage à mémoire de forme permet de conserver son élasticité pendant une longue période, ce qui élimine la nécessité de le remplacer en raison de la relaxation élastique.
Cette élasticité à long terme peut raccourcir la période de traitement. Les alliages à mémoire de forme sont également utilisés pour fabriquer des couronnes dentaires, qui peuvent s'adapter automatiquement à l'évolution des dents des enfants, réduisant ainsi l'inconfort et la douleur liés au port de couronnes dentaires.
Les dispositifs médicaux pour les maladies vasculaires fabriqués à partir d'alliages à mémoire de forme nickel-titane présentent de nombreux avantages.
Par exemple, un couteau pour l'élimination des embolies vasculaires fabriqué à partir d'un alliage à mémoire de forme peut être traité à basse température pour prendre une forme cylindrique.
Lorsqu'elle est insérée dans les vaisseaux sanguins du patient et chauffée à la température du corps, la lame du couteau s'aplatit automatiquement grâce à l'effet de mémoire de forme et, en la faisant tourner, il est possible d'éliminer les embolies ou les dépôts vasculaires.
Des experts médicaux ont également réalisé avec succès des opérations d'ablation d'anévrisme cérébral à l'aide d'un clamp constitué d'une combinaison de fils d'alliage à mémoire de forme et de fils d'argent.
Les alliages à mémoire de forme sont également largement utilisés dans les appareils ménagers tels que les chauffe-plats, les climatiseurs et les cuiseurs de riz.
Sharp Corporation au Japon utilise des composants en alliage à mémoire de forme pour contrôler la conversion entre le chauffage par micro-ondes et le chauffage par convection dans les réchauffeurs d'aliments, ce qui permet de réduire considérablement le volume et le poids des réchauffeurs et de réduire les coûts de deux tiers.
Panasonic Corporation utilise des alliages à mémoire de forme pour fabriquer des climatiseurs à double usage dotés de dispositifs de conversion de la direction du vent.
La direction du vent change de manière sensible : lorsque la température du vent est comprise entre 32 et 37°C, le vent souffle vers le bas ; lorsque la température du vent tombe à 25-32°C, il change automatiquement pour souffler horizontalement.
Ce dispositif est stable, léger, peu coûteux et sans bruit lorsque la porte coupe-vent se met en marche, ce qui le rend populaire auprès des utilisateurs. Les alliages à mémoire de forme sont également largement utilisés pour fabriquer des thermostats pour les cuiseurs de riz électriques.
Lorsque la température augmente, il s'ouvre automatiquement et déconnecte le circuit. Lorsque la température redescend à un certain niveau, il reconnecte l'alimentation électrique et maintient automatiquement la température.
Ces dernières années, les produits "à mémoire" fabriqués à partir de divers alliages à mémoire de forme ont commencé à envahir le marché, et un nombre croissant de ces articles "à mémoire" sont entrés dans la vie de tous les jours. L'application des alliages à mémoire de forme progresse vers la commercialisation.
Un soutien-gorge "à mémoire" produit par une entreprise japonaise de produits de consommation courante a été immédiatement plébiscité par les femmes après sa mise sur le marché. Ce soutien-gorge est constitué d'un fil fin et souple en alliage à mémoire de forme nickel-titane, qui est plus léger, plus souple, plus élastique et plus confortable que les soutiens-gorge traditionnels.
Son principal avantage est qu'il peut reprendre sa forme initiale grâce à la détection de la température du corps, même s'il se déforme après le lavage.
Furukawa Electric Co. Ltd. au Japon produit des montures de lunettes en alliage à mémoire de forme qui peuvent changer de forme lorsque le verre se dilate et se contracte, tout en maintenant un lien étroit avec le verre. L'entreprise fabrique également des poupées qui peuvent changer de coiffure grâce aux propriétés uniques des alliages à mémoire de forme.
Les cheveux de la poupée sont faits d'un fil d'alliage à mémoire de forme à base de cuivre, et la coiffure peut changer en fonction des variations de température, ce qui la rend extrêmement populaire auprès des enfants.
Un fabricant de chaussures japonais a lancé les premières chaussures en cuir au monde fabriquées à l'aide d'alliages à mémoire de forme, qui sont non seulement souples et confortables, mais qui empêchent aussi efficacement les chaussures de se déformer.
Le développement énergétique est un domaine d'application important pour les alliages à mémoire de forme. En utilisant la propriété des alliages à mémoire de forme de changer de forme lorsqu'ils sont chauffés et refroidis, l'énergie thermique de faible qualité, telle que la chaleur résiduelle, l'énergie géothermique et l'énergie solaire, peut être directement convertie en énergie mécanique utilisable.
Sur la base de ce principe, de nombreux moteurs thermiques ont été développés avec succès, accélérant la miniaturisation et la portabilité des moteurs thermiques.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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