آلیاژهای حافظه دار

آلياژ‌هاي حافظه دار عنوان گروهي از آلياژها مي‌باشد كه خواص متمايز و برتري نسبت به ساير آلياژها دارند. عكس‌العمل شديد اين مواد نسبت به برخي پارامترهاي ترموديناميكي و مكانيكي و قابليت بازگشت به شكل اوليه در اثر اعمال پارامترهاي مذكور به گونه‌اي است كه رفتار موجودات زنده را تداعي مي‌نمايد. وقتي يك آلياژ معمولي تحت بار خارجي بيش از حد الاستيك قرار مي‌گيرد تغيير شكل مي‌دهد. اين نوع تغيير شكل بعد از حذف بار باقي مي‌ماند. آلياژهاي حافظه دار، منجمله نيكل-تيتانيم و مس–روي– آلومينيم، رفتار متفاوتي از خود ارائه مي‌نمايند.

چکیده

در دماي پائين يك نمونه حافظه دار مي‌تواند تغيير شكل پلاستيك چند درصدي را تحمل كند و سپس به صورت كامل به شكل اوليه در دماي بالا برگردد و اين تنها با افزايش دماي نمونه ممكن است. اين فرآيند اولين بار در سال 1938 مشاهده شد و براي مدت زماني طولاني در حد كنجكاوي آزمايشگاهي باقي ماند. در سال 1963 كشف حافظه داري شكل در آلياژ نيكل – تيتانيم با درصد اتمي مساوي (50-50%) نظر دانشمندان و محققين را جلب نمود. از آن پس آلياژهاي حافظه دار به صورت قابل ملاحظه اي توسعه يافتند و كشف مزاياي اساسي و علمي آنها هر روز افزايش يافت. خواص ترمومكانيكي استثنايي آلياژهاي حافظه دار عامل كاربردهاي بسيار مهمي در زمينه مهندسي پزشكي شده‌است.

فوق‌الاستيسيته اجازه مي‌دهد تا تغيير فرمهاي الاستيك بسيار زياد، وابسته به تغييرات كم تنش، به وقوع بپيوندد و اثر حافظه داري شكل فرآيند  فعال سازي ابزار و سيستمها را به صورت بسيار ساده، با تماس حرارت بدن انسان يا گرم كننده خارجي تحت فرمان جراح، ممكن سازد. همچنين گرماي لازم مي‌تواند با به جريان انداختن يك مايع سترون حامل كالري يا با اتصال يك عامل گرم كننده به دست آيد.

دو محدوده كاربرد اصلي اين خاصيت يكي ابزار جراحي است كه جراح از اين خصوصيت مستقيماً در عمل جراحي كمك مي‌گيرد و دوم جا دادن و جا زدن موقت يا دائم قطعات در بدن است كه به ايمپلنت مشهور شده‌است. در اين مواقع لازم است قبلاً در باره ميزان پذيرش بدن نسبت به ايمپلنت و سازگاري آن تحقيق شده باشد. آلياژهاي نيكل تيتانيم به دليل مقاومت خوب در برابر خوردگي، در مجاورت بافتهاي بدن، اهميت ويژه كاربردي دارند و از مواد مهندسي حافظه‌دار استثنايي هستند. جهت استفاده از اين مواد در بافتهاي بدن بايد به پارامترهايي از قبيل :

1- مقاومت در برابر خوردگي آلياژ در مايع يا بافتهاي بدن 2- پذيرش آلياژ در بدن و عدم طرد آن از طرف ارگانهاي بدن 3- سمي و سرطان‌زا نبودن آلياژ در بلند مدت توجه شود.بررسي هاي انجام شده بر روي آلياژهاي نيكل – تيتانيم نشان داده است كه مقاومت در برابر خوردگي و پذيرش  اين آلياژها در بدن همانند فولادهاي ضد زنگ است كه تاكنون به عنوان مواد بيومديكال از آنها استفاده شده‌است. بحث ما در باره خواص مكانيكي ويژه و بي نظير آلياژهاي حافظه دار است؛ از جمله: تكنولوژي توسعه و توليد آلياژهاي نيكل–تيتانيم، نيكل–تيتانيم–موليبدن و نيكل– تيتانيم متخلخل استفاده شونده در پزشكي خصوصاً در مراجع كنترل كيفيت، استهلاك ارتعاشات، مقاومت خوردگي، سازگاري زيستي، خصوصيات ويژه مكانيكي، ترمومكانيكي و كاربرد آنها به عنوان ايمپلنت پزشكي و توسعه ابزار پزشكي.

فهرست مطالب :

چكيده    1
نيكل (Ni)    3
تيتانيم (Ti)    3
آلياژهاي تيتانيم    4
روشهاي بررسي آلياژهاي حافظه دار    5
انواع آلياژهاي حافظه دار و خواص مربوط به آنها    6
خواص ترمومكانيكي    7
فوق ترموالاستيسيته در آلياژهاي حافظه دار    9
ظرفيت استهلاك    10

تضعيف خواص حافظه داري شكل    10
مقاومت به خستگي در آلياژهاي حافظه دار    10
محاسبه سازه ها در آلياژهاي حافظه دار    11
توليد و پردازش نيتينول    13
عمليات ترمومكانيكي و خواص مربوط به آن    15
تعريف عبارات    17

اندازه گيري خواص عملكردي وابسته    17
مقاومت خوردگي و سازگاري زيستي نيكل – تيتانيم روئين شده    18
آزمايش خوردگي فعال    19
رفتار خوردگي غير فعال    21
تاثير لايه سطحي بر مقاومت خوردگي    22
آزاد سازي نيكل و سازگاري زيستي    22
قابليت بالاي استهلاك در آلياژهاي حافظه دار نيكل- تيتانيم    25
1- كوتاه نمودن عمر ابزارهاي مكانيكي    26
2- اثر رزونانس (تشديد)    26

3- اثرات مضر بر ارگانيسم‌هاي بدن انسان    26
الف) استهلاك داخلي    27
ب) استهلاك سازه‌اي    27
ج) استهلاك در اتصالات لغزنده    28
د) استهلاك هيدروديناميك و آيروديناميك    28
عوامل ريز ساختاري اصطكاك داخلي    28
اتلاف انرژي در طول بارگذاري سيكلي    29
رابطه نمودارهاي تنش – كرانش با استهلاك    31
خوردگي و رفتار الكتروشيميايي آلياژهاي نيكل – تيتانيم    35
جايگاه نيكل – تيتانيم متخلخل به عنوان ماده‌اي در مهندسي استخوان    36
مقايسه نيكل تيتانيم با ديگر مواد بيولوژيكي    37
ملاحظات مكانيكي    37

ملاحظات شكل گيري    38
ماشينكاري    38
آلياژهاي حافظه دار نيكل – تيتانيم – موليبدن، كاربردهاي پزشكي    39
كاربرد آلياژهاي حافظه دار در مهندسي پزشكي:    40
موارد استفاده پزشكي از آلياژ Ni-Ti:    41
الف) كاربردهاي مربوط به قلب و عروق    41
ب) كاربردهاي ارتوپدي    44
ج) كاربرد آلياژ هاي حافظه دار در وسايل جراحي    46
مشخصات تغيير شكل آلياژهاي نيكل – تيتانيم – موليبدن    48
ابزار و ايمپلنت هاي پزشكي    51
مقدمه:    51
استفاده از الاستيسيته (جايگذاري الاستيك)    53
استفاده حرارتي (جايگذاري حرارتي)    53
مقاومت به تاب و گره    54
منحني بازگشت پذير(هيسترزيس تنش)    57
سفتي وابسته به دما    58
تحليل حرارتي    58

تحليل به روش المان محدود    59
نتيجه گيري    60
منابع :    61