tiểu luận vật liệu học kfhjgưkjsdddddddddddddddddddddddddddddddddddddgnvkjhbdsvn kạdnlkvnalkdmvklndklvnkladklvndnvklsmdvsdb sb liếusdqeiwghuoaoônnwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwgggggggggggggggggggvvvvvvvvmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmfffffewwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwfoaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaàiwoooooooodkmckmvknaklnvla;
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG SỨC KHỎE Tiểu luận môn học:Vật Liệu Học Đề tài: Vật liệu nhớ hình Gv:Nguyễn Thành Luân Đồng Nai Tháng Năm 2020 Danh sách sinh viên Nhóm STT Họ & Tên Lê Đình Đơng Ngơ Dương Đức Chính Lê Xn Hồng Long MSSV 151901596 151901597 151901673 Nhiệm Vụ Soạn chương III, IV Soạn chương IV V, Tổng hợp, trình bày Soạn chương I, II Mục Lục I.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU NHỚ HÌNH…… …………4 II CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VẬT LIỆU NHỚ HÌNH……… ………5 III ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NHỚ HÌNH ƯU/ NHƯỢC ĐIỂM IV.SẢN XUẤT VẬT LIỆU NHỚ HÌNH……………………………….8 V.KẾT LUẬN…………………………………………… ……………9 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………… ………… Giới thiệu sơ lược vật liệu nhớ hình I Đặt vấn đề: Hẳn thấy đoạn clip ngắn mạng xã hội mơ tả loại vật liệu có khả tự tái tạo lại hình dáng ban đầu sau bị tác dụng ngoại lực tác nhân khác Vậy, loại vật liệu gì? Chúng có tính chất ứng dụng sao? Hãy tìm hiểu nhé! Vật liệu nhớ hình (Shape memory alloy/ SMA) - Định nghĩa: Vật liệu nhớ hình có chất hợp kim hai kim loại titan niken Các kim loại thường biết đến với đặc tính q nhẹ, cứng, chịu mài mịn,ma sát, ăn mòn tốt… Sự kết hợp hai kim loại tạo nên loại vật liệu hội tụ đủ tính đồng thời có thêm khả ghi nhớ hình dạng quay hình dạng ban đầu sau chịu lực tác động - Bản chất : Khi chịu nhiệt hợp kim có hình dạng cụ thể gia cơng phương pháp đặc biệt ghi nhớ hình dạng Khi chịu tác dụng ngoại lực uống/kéo… vật bị biến dạng sau đó, tăng nhiệt độ, vật tự quay hình dạng ban đầu mà khơng cần chịu lực tác động Lịch sử: Đặc tính đáng nhớ hợp kim nhớ hình biết đến từ thập niên năm 1930 - - - Năm 1932 Chang Read nhận thấy tính thuận nghịch hợp kim Au-Cd không quan sát dạng kim tương học mà quan sát thay đổi suất điện trở Năm 1938 Greninger and Mooradian quan sát hiệu ứng nhớ hình hợp kim Cu-Zn Cu-Sn Tuy nhiên vào thập niên năm 1960 hợp kim nhớ hình thể lợi ích cơng nghệ Năm 1962 Buehler đồng nghiệp phòng thí nghiệm Naval Ordnance Mỹ khám phá hiệu ứng nhớ hình hợp kim Ni-Ti gọi Nitinol ứng dụng công nghệ hàng không vào thập niên năm 1960 - II Ngày ứng dụng phát triển lĩnh vực khác khoa học công nghệ Về bản, hợp kim nhớ hình (SMA) thể pha tinh thể học hoàn toàn xác định chẳng hạn: austenite martensite Cơ sở khoa học vật liệu nhớ hình Cơ sở: - Các hợp kim nhớ hình (SMAs) tạo thành từ nhóm vật liệu thuộc kim loại với khả khôi phục lại chiều dài hình dạng xác định trước chịu tải trọng nhiệt học thích hợp Vì đặc tính nên hợp kim nhớ hình có lợi ích công nghệ lớn cho ứng dụng khác - Mặc dù hiệu ứng nhớ hình biểu hợp kim nhớ hình khác lớn, có điều hợp kim khơi phục lại khối lượng lớn sức căng Đặc biệt quan trọng số hợp kim có Ni-Ti hay Cu chẳng hạn như: Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni Hợp kim nhớ hình có Ni-Ti hợp kim sử dụng phổ biến ứng dụng thương mại kết hợp tốt đặc tính học nhớ hình - Chính thay đổi tinh thể cấu trúc phân tử tạo nên “nhớ hình” hợp kim nói - Nếu ban đầu Nitinol làm nóng - chuyển sang pha austenitic - tạo hình, bước ghi nhớ Khi làm lạnh - pha martensitic - dù bẻ cong, quấn rối làm nóng lên, trở hình dạng cũ Các dạng + Hợp kim nhớ hình chiều + Hợp kim nhớ hình hai chiều Đặc tính - Nitinol có tính dẫn điện gia cơng khí tốt với độ bền lâu với tác động khả chống ăn mịn cao - Nitinol có khả độc đáo ghi nhớ hình dáng, dẻo dai nên làm biến dạng thành nhiều hình khác trở lại hình dáng ban đầu bị nung nóng q trình trở lại hình dáng ban đầu gặp phải lực cản vật liệu tạo lực lớn để vượt qua lực cản - Tốc độ hồi phục hình dạng nhanh, gần tức thời - Về nguyên lý, đặc tính phi thường có nhờ vào cấu trúc nguyên tử thành phần hợp kim Theo đó, nguyên tử nickel, titan đồng tự xếp theo hai cách khác Đặc biệt chúng chuyển đổi qua lại nhiều lần cách Nhờ nên uốn cong, hợp kim giữ nguyên hình dạng “nhắc nhở” trở lại trạng thái nguyên gốc cách sử dụng nhiệt Ngồi ra, “nhớ” hình dạng ban đầu vịng 10 triệu chu kỳ hợp kim trước có xu hướng khả phục hồi sau số lần định III Ứng dụng, ưu/ nhược điểm vật liệu nhớ hình Ứng dụng Trong cơng nghiệp - Bề mặt oxit titan Nitinol cứng nên làm trở nên xù xì dùng làm phay, tiện hay mài tốt Nhưng vật liệu có nhiều ứng dụng khí với phận cần độ cứng cao khả ghi nhớ hình dáng đóng vai trị quan trọng - Một số ứng dụng tiềm kể đến van nhân tạo, hay lĩnh vực vận tải dùng làm vật liệu cho máy bay ứng dụng sản phẩm tiêu dùng tủ lạnh… - Khi cấu trúc pha thay đổi, hình dáng kích thước chúng thay đổi theo Đây đặc điểm tận dụng cơng biến đổi nhiệt sang công biến dạng vật liệu cho ứng dụng công nghiệp - Một ứng dụng chưa triển khai pha trộn vào betong để kiểm sốt vết nứt lịng khối bê tơng quan trọng, Dựa vào tính chất nitinol, betong bị nứt, vỡ kéo theo nitinol biến dạng, lực phản hồi chúng sinh nhằm quay hình dạng ban tác động lên cảm biến báo xử lí 1.2 Trong y học - Khả ghi nhớ hình dáng, dẻo dai, chống ăn mịn cao khả tương thích sinh học làm cho trở thành vật liệu tuyệt hảo cho việc ứng dụng làm ứng dụng y học chỉnh hình răng, lọc, ống đỡ động mạch, neo xương thiết bị lọc lớp oxit titan thụ động bảo vệ vật liệu không bị ăn mòn ảnh hưởng đến khả tương thích sinh học tùy cấu trúc bề mặt Loại vật liệu dự tính thay thép không gỉ lĩnh vực - Chế tạo loại stent (một loại chi tiết siêu nhỏ cấy vào mạch máu để chống lại tắc ngẽn mạch máu bám mỡ), chế tạo loại nẹp xương, đỡ cột sống, van tim, nẹp chỉnh hình răng… 1.1 Trong đời sống: Chế tạo thiết bị an toàn thiết bị báo cháy,… Ứng dụng chế tạo đồ gia dụng: sensor nhiệt, phát dao động dụng cụ,… Sử dụng dạng lò xo kép để kiểm sốt nhiệt độ, lượng nước bồn tắm nước nóng Vật liệu nitinol có ứng dụng cụ thể đời sống thực tế vật liệu tìm từ lâu tính quý phổ biến đứa vào sử dụng gần 1.3 - 1.4 Trong công nghệ cao - Trong máy bay chiến đấu, phải chỉnh hướng chùm laser công phu nhiều phận phức tạp Nay thay phận đơn giản dựa nguyên tắc nhớ hình nitinol Với dộ đàn hồi lớn vật liệu nitinol, làm vỏ tàu có cửa khơng có lề lối thông thường tránh nhiều ảnh hưởng cản trở khí động Việc nối dẫn ống dẫn chất lỏng máy bay, tên lửa thực cách dùng đầu nối vật liệu nhớ hình, phải làm lạnh nitơ lỏng cho dễ đấu nối biến dạng giãn nở lắp bó chặt cứng lại nhiệt độ cao Hiện có nhiều nghiên cứu tìm cách sử dụng nitinol để biến đổi lượng làm động sạch, trực tiếp biến nhiệt thành Ưu điểm - Độ bền: Tuổi - - đời sản phẩm làm từ vật liệu xem vô hạn điều kiện bình thường chưa có dấu hiệu cho thấy Nitinol bị ảnh hưởng thay đổi độ ẩm miễn nhiệt độ xung quanh nhỏ nhiệt độ dùng để ghi nhớ hình vật liệu Khả không nhiễm trùng: Trong thể người, vật liệu không gây phản ứng phụ bên người (hay sinh vật), không giải phóng ion máu Chính mà vật liệu tương thích y sinh khía cạnh quan trọng để xem xét sử dụng Tính nhớ hình: Những nhíp nhớ hình mở rộng đặt chỗ mà người ta mong muốn liên kết xương gãy lại với Nhờ nhiệt độ thể mà nhíp có xu hướng khít lại, ép phần xương tách rời nhau, làm giảm thời gian điều trị.Dụng cụ ống SMA mà đường kính nhỏ so với vật liệu polyme hiệu ứng giả đàn hồi - Hơn dụng cụ có tính linh hoạt chịu xoắn so với ống làm thép không gỉ Khả hồi phục nhiều lần: Khả tự quay lại hình dạng cũ nitinol lên đến 10 triệu lần Nhược điểm - Khả hàn/ - kết dính: Lớp oxit làm cho việc hàn không thuận lợi, muốn nối hai vật vật liệu lại với cách trước hết phải loại bỏ lớp oxit mơi trường khí trơ điểm hàn gây ảnh hưởng nhiệt phải nhỏ kỹ thuật hàn laser Nitinol cho thấy hàn vào vật liệu khác điểm hàn giịn dễ rớt ngồi Khả chế tạo: Cơng nghệ chế tạo địi hỏi kỹ thuật cao, trước hết nung nóng sau làm lạnh nhanh để cố định hình dạng ban đầu vật liệu Khả gia công: Các oxit titan/niken cứng mài mòn nên gia công cắt gọt chúng cần tiêu tốn nhiều lượng vật liệu cắt gọt phải có độ cứng cao độ cứng oxit titan Sản xuất vật liệu nhớ hình IV - - - Để làm cho vật liệu ghi nhớ hình dạng trước hết phải chỉnh sang hình dạng tìm cách cố định thứ chịu lực định hình vật liệu tránh trở lại hình dáng ban đầu, sau nung nóng vật liệu lên 500º-550 °C thời gian tùy thuộc vào khối lượng & phương pháp nung làm lạnh cách nhanh chóng Sau q trình hình dáng ghi nhớ Sau trình nung tăng cứng vật liệu để đạt yêu cầu phù hợp với ứng dụng đồ vật Các hợp kim Ni-Ti gia cơng nguội Quy trình gia cơng tương tự quy trình gia cơng dây titan Người ta dùng khn kéo có kim cương cacbit để chế tạo sản phẩm dạng dây có đường kính từ 0.0751.25mm Gia cơng nguội làm thay đổi mạnh tính chất lí hợp kim Ni-Ti Sau vật liệu ghi nhớ hình dạng này, cần chịu biến dạng lực tác động, bị gia nhiệt lên 55-70oC, vật liệu sinh lực đàn hồi lớn để quay hình dạng ghi nhớ ban đầu Tùy thuộc vào phương pháp chế tạo mà tính chất nitinol thay đổi khác Kết luận V - Ứng dụng SMA lĩnh vực y sinh thành cơng đặc trưng chức SMA, làm tăng khả cải thiện việc thực phẫu thuật giảm bớt Các hợp kim tương thích y sinh số hợp kim có nét đặc trưng quan trọng ứng dụng để khai thác hiệu ứng nhớ hình ( chiều, chiều, giả đàn hồi) Chính mà hợp kim nhớ hình ứng dụng thuật chỉnh hình, thuật chỉnh răng, tim mạch, việc chế tạo dụng cụ phẫu thuật Trong đặc tính đối nghịch tương thích y sinh Nikel điểm then chốt liên quan đến việc sử dụng hợp kim Ni-Ti - Xu hướng phát triển: Hiện người ta nghiên cứu để tim phương pháp kiểm sốt “nhớ hình” SMA nhiều cách khác sử dụng dịng điện, hóa chất, ánh sáng, loại xạ… Tài liệu tham khảo - Mantovani D (2000) Shape memory alloys: Properties and biomedi-cal applications Journal of the Minerals, Metals and Materials Socie-ty - Shape Memory Alloy Research Team (Smart) (2001) http://smart.tamu.edu Nguyễn Văn Dán, Công nghệ vật liệu mới, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2003 Youtube Vật liệu nhớ hình/ shape memory alloy Wikipedia : vật liệu nhớ hình Shape Memory Applications, Inc (2001) http://www.sma-inc.com -The end- ... ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NHỚ HÌNH ƯU/ NHƯỢC ĐIỂM IV.SẢN XUẤT VẬT LIỆU NHỚ HÌNH……………………………….8 V.KẾT LUẬN…………………………………………… ……………9 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………… ………… Giới thiệu sơ lược vật liệu nhớ... dạng ghi nhớ ban đầu Tùy thuộc vào phương pháp chế tạo mà tính chất nitinol thay đổi khác Kết luận V - Ứng dụng SMA lĩnh vực y sinh thành cơng đặc trưng chức SMA, làm tăng khả cải thiện việc