Ana səhifə

Institutionen för Materialvetenskap Funktionella material


Yüklə 86.19 Kb.
tarix26.06.2016
ölçüsü86.19 Kb.


Institutionen för Materialvetenskap




Funktionella material

Kungl. Tekniska Högskolan




4H1609

Stockholm




2002-12-02

Minnesmetaller







Författare:

Martin Forslund







Karin Mannesson







Matilda Tehler

Sammanfattning
Minnesmetaller används för sin förmåga att ändra form vid temperaturväxlingar och för sina superelastiska egenskaper. Formändringen bygger på en reversibel martensitbildning. Genom att tvinga martensitbildningen att ske i en och samma riktning kan makroskopiska formförändringar fås. Detta sker då omvandling mellan martensit och ursprungsfas äger rum. Det finns tre typer av minneseffekter: envägseffekt, tvåvägseffekt och superelasticitet. Vid envägs- och tvåvägseffekt fås martensitomvandling genom en ändring av temperaturen, skillnaden är att vid envägsbeteendet kan martensitformen inte återfås. Omvandlingen vid superelasticitet sker under belastning och avlastning.
De minnesmetaller som används kommersiellt är NiTi och kopparbaslegeringar. NiTi-metallerna har generellt bättre egenskaper, medan kopparbaslegeringarna är billigare att framställa. NiTi har bra biokompatibilitet och bra korrosionsegenskaper och används därav bland annat i medicinska tillämpningar. Kopparbaslegeringar används däremot där kraven inte är lika stora.
Användningsområden för minnesmetaller är många, men de flesta teoretiska lösningar har ännu inte omsatts till praktiska applikationer. Fördelarna är så pass många att minnesmetaller troligen kommer användas mer i framtiden.

Innehållsförteckning

1 Inledning 6

1.2 Metod 6

2 Generellt om minnesmetaller 7

2.1 Minnesmekanismer 7

2.1.1 Martensittyper 7

Termoelastisk martensit 7

Spänningsinducerad martensit 8

2.1.2 Minneseffekter 8

Envägseffekt 9

Tvåvägseffekt 9

Superelasticitet 10

Temperaturberoendet hos superelasticitet 10

2.2 Mikrostruktur 12

2.3 Legeringar i minnesmetaller 14

2.3.1 Nickel-titan 14

Cykler vid 2% töjning 15

Cykler vid 0,5% töjning 15

105 15

102 15


107 15

105 15


2.3.2 Kopparbaslegeringar 15

2.3.3 Järnbaslegeringar 16

2.3.4 Högtemperaturminnesmetaller 16

3 Användningsområden 16

3.1 Kommersiella 16

3.1.1 Glasögonbågar 16

3.1.2 Sammanfogningsmetod 17

3.1.3 Bultar 17

3.1.4 Robotar 18

3.1.5 Kylsystem för bilar 18



3.2 Medicinska tillämpningar 19

3.2.1 Höftleder 19

3.2.2 Förstärkning av artärer och vener 19

3.2.3 Benplattor 19

3.2.4 Dentala hjälpmedel 20

3.3 Framtidsapplikationer 20

3.3.1 Flygplansvingklaffar 20



4 Slutsats 22

5 Fotnoter 23

6 Referenslitteratur 24



1 Inledning

En minnesmetall är en metall som används för sin förmåga att ändra form när den utsätts för temperaturväxlingar. Minnesmetaller har även superelastiska egenskaper, vilket innebär att de kan utsättas för stora deformationer utan att ta någon skada. Deras unika egenskaper gör att de kan ersätta många kommersiella applikationer som är komplicerade och dyra. Tillämpningar där minnesmetaller används finns inom sjukvården, flygindustrin och diverse andra branscher. Det forskas även om minnesmetaller som kan användas inom områden där höga användningstemperaturer råder.




1.2 Metod

För att få tag på nödvändigt faktamaterial har böcker och review-artiklar används och sökningar på internet gjorts. Databaser som använts är Evreka, Google och Altavista. Även diskussioner med Stefan Jonsson, Institutionen för Materialvetenskap, har bidragit med information.



2 Generellt om minnesmetaller

Alla minnesmetaller utgår från en fas som kan omvandlas diffusionslöst till martensit som får en annan form. Omvandlingen till martensit måste vara reversibel för att formförändringen ska kunna återställas. Vanliga metaller som används som minnesmetaller är NiTi och kopparbaserade legeringar, men även vissa järnbaslegeringar kan uppvisa samma beteende.




2.1 Minnesmekanismer

Omvandlingen mellan moderfas och martensit sker genom skjuvning av kristallgittret. Om skjuvningen sker åt samma håll i hela materialet kommer resultatet bli en formförändring på makronivå. När materialet omvandlas tillbaka till moderfasen och skjuvningen upphör, försvinner även formförändringen. Kvar lämnas då ett spår i moderfasen vilket utnyttjas som ett minne i minnesmetallen.



2.1.1 Martensittyper




Termoelastisk martensit


Vid kylning omvandlas moderfasen gradvis till martensit i temperaturintervallet mellan martensitomvandlingens början, Ms, och då martensitomvandlingen är fullständig, Mf. På samma sätt omvandlas martensiten till sin moderfas gradvis vid uppvärmning, vilket sker i temperaturintervallet mellan omvandlingen av moderfasens början, As, och då den är fullständig, Af. Dessa temperaturintervall plottas i en graf med elektrisk resistans, längdändring eller volymändring på y-axeln, en så kallad hystereskurva, figur 1. Om hystereskurvan är smal, mellan cirka 20o C och 30o C, kallas martensiten för termoelastisk martensit.1


Figur 1.2 Hystereskurva som principiellt visar hur egenskaperna ändras med temperaturen vid martensit och moderfas omvandlingarna hos en minnesmetall. De egenskaper som detta illustreras med är elektrisk resistans, längdändring och volymändring.

Spänningsinducerad martensit


Martensit kan även bildas ovanför Ms genom att materialet deformeras, detta kallas spänningsinducerad martensit. Vid deformation av moderfasen sker först en elastisk deformation. När spänningen sedan blir större än vad som kan upptas av elastisk töjning börjar martensit bildas. Martensitomvandlingen ökar därefter med ökad spänning.

Om spänningen blir högre än vad som krävs för att få total martensitomvandling börjar martensiten deformeras elastiskt. Ökas spänningen ytterligare kommer martensiten deformeras plastiskt med hjälp av dislokationer, vilket leder till en irreversibel formförändring. Ju högre temperaturen ligger över Ms desto mer spänning krävs för att bilda martensit. Detta fortgår till en kritisk temperatur, Md, då materialet börjar deformeras plastiskt.



2.1.2 Minneseffekter


Minnesmetallernas egenskaper varierar med hur materialet behandlas och i vilket temperaturområde materialet används. Vanligtvis delas minnesmetallerna in i tre grupper beroende på egenskaper: envägseffekt, tvåvägseffekt och superelasticitet.

Envägseffekt


Ett föremål som deformeras vid låg temperatur och sedan återfår sin ursprungliga form vid uppvärmning, men inte får tillbaka den deformerade formen vid kylning, har ett envägsbeteende.
För att erhålla ett envägsbeteende deformeras ett föremål under Mf, så att materialet är helt martensitiskt innan deformationen. Martensiten deformeras och föremålet får en ny form. När temperaturen sedan höjs över As kommer den deformerade martensiten börja omvandlas till odeformerad moderfas. När temperaturen överstiger Af kommer all martensit omvandlas till moderfas och hela kroppen återgår till sin ursprungliga form. Om materialet åter kyls kommer odeformerad martensit att bildas och ingen formförändring fås från detta. Vid upprepad behandling kommer ett tvåvägsbeteende att fås efter ett par cykler.

Tvåvägseffekt


Vid ett tvåvägsbeteende har föremålet en form vid låg temperatur och en annan form vid hög temperatur. Detta gör att en formförändring kan fås genom att enbart ändra temperaturen.
Skillnaden mellan envägs- och tvåvägsbeteendet är omvandlingen från moderfas till martensit. Vid envägsbeteendet hamnar martensiten slumpvis och ger ingen formförändring jämfört med moderfasen. Tvåvägsbeteendet däremot får martensiten att bildas i specifika riktningar och ger därmed en formförändring relativt moderfasen.
För att få ett tvåvägsbeteende krävs att materialet ”tränas”, vilket sker genom upprepade behandlingar. Då behandlingarnas effektivitet varierar för olika legeringar kan de optimeras för varje fall. Gemensamt för alla behandlingar är att påminnelser behålls från martensitstrukturen in i moderfasstrukturen, för att få martensitomvandlingen i önskad riktning. Påminnelserna kan vara i form av mikrospänningar eller kristalldefekter.3
Det vanligaste och mest effektiva sättet att träna ett material till tvåvägsbeteende är att låta materialet genomgå temperaturcykler under konstant töjning. Materialet deformeras först under Mf, sedan höjs temperaturen över Af medan töjningen hålls konstant. Temperaturändringen upprepas ett antal gånger med konstant töjning, för att materialet ska uppnå önskad effekt. Ett annat sätt att träna materialet är med överdeformation. Detta bygger på att materialet deformeras mer än vad minnet klarar av och kan då inte helt återgå till sin ursprungliga form vid värmning. När materialet sedan kyls kommer det delvis att få tillbaka den överdeformerade formen på grund av restspänningar som finns kvar i materialet. Detta leder till att materialet får olika former vid höga och låga temperaturer. En tidigare nämnd metod är när envägsbeteendet upprepas ett antal gånger tills materialet spontant övergår till ett tvåvägsbeteende. Övriga metoder att träna materialet är genom superelastiska cykler och med hjälp av kombinerade temperatur och töjningscykler.3

Superelasticitet


Ett material som är superelastiskt kan deformeras kraftigt men ändå återgå till sin ursprungliga form vid avlastning. Denna deformation är mycket större än vad en konventionell metall klarar av.
Det finns två olika sätt att få superelasticitet: ”spänningsinducerad martensitbildning” och ”tvillingsuperelasticitet”. Tvillingsuperelasticitetens mekanism och drivkraft är ännu inte helt klarlagd, därav beskrivs inte tvillingsuperelasticitet i denna rapport.4,5
Spänningsinducerad martensit fås när ett material deformeras i temperaturintervallet mellan Af och Md. Vid avlastning kommer martensiten direkt att omvandlas till moderfas, eftersom temperaturen ligger över Af, och formförändringen försvinner.
Temperaturberoendet hos superelasticitet

För att kunna få en metall att bli superelastisk måste materialets temperatur ligga mellan Af och Md. I ett material som deformeras ovanför Md kommer dislokationer att börja röra sig, vilket ger en irreversibel formförändring. Sker deformationen under Af kommer inte hela materialet återgå till moderfas. Formförändringen i detta fall kommer att försvinna om temperaturen höjs över Af. Området mellan Af och Md är ofta väldigt smalt.6
Det finns flera metoder för att förstora området för superelasticitet. Ett vanligt sätt att åstadkomma detta är att öka moderfasens styrka. Principen är att dislokationer har svårare att passera i ett starkare material, vilket gör att Md förflyttas till högre temperaturer. I figur 2 motsvaras detta av att linjen för glidning förskjuts uppåt, vilket medför att linjen för Md flyttas mot högre temperaturer. Det superelastiska området kan även förstoras genom att avståndet mellan Ms och Af minskas, vilket uppnås genom att reducera hysteresen, figur 1. En minskad hysteres kan fås genom att fasgränsen mellan moderfas och martensit görs mer lättrörlig.6
Minnesmetallernas superelastiska egenskaper är temperaturberoende eftersom martensitomvandlingen inte bara beror av spänningen utan även av temperaturen. Även mekaniska egenskaper varierar med temperaturen. Temperaturen styr därför minnesmetallernas egenskaper och användningsområden.6

2.2 Mikrostruktur

Mikrostrukturen åskådliggörs med hjälp av ett tvådimensionellt gitter för att förenkla tankesättet, men samma principer gäller i tre dimensioner. Moderfasen som är det ursprungliga gittret representeras av ett enkelt kvadrataiskt gitter, figur 3. Martensit bildas genom skjuvning av ursprungsgittret. Martensittillväxten sker genom att fasgränsen mellan skjuvat och ursprungligt material flyttas successivt, figur 4. Det helt omvandlade materialet visas i figur 5. Bilden illustrerar även formförändringen som sker när materialet omvandlas från moderfas till martensit och all martensitbildning sker i en gynnad riktning. Helt slumpmässig martensitbildning visas i figur 6, resultatet av detta är att det inte bildas någon makroskopisk formförändring. Moderfasen som deformerats med hjälp av glidning i stället för martensitbildning, vilket sker över Md, visas i figur 7. Det makroskopiska resultatet efter deformationen blir vid både glidning och skjuvning ungefär samma, men det är endast skjuvningen som är reversibel.






Figur 3. Principskiss av ett kvadratiskt gitter som är ursprungsmaterialet för bildande av minnesmetaller.


Figur 5. Helt martensitiskt material, all martensit är orienterad i samma riktning.



Figur 4. Ursprungsmaterialet har delvis skjuvats och omvandlats till riktad martensit.



Figur 6. Martensiten ligger slumpmässigt orienterad och ger inte upphov till någon formförändring på makronivå.




Figur 7. Gittret har deformerats med hjälp av glidning i stället för skjuvning.
Vid envägsbeteende deformeras slumpmässigt bildad martensit, vilket gör att den övergår till riktad martensit. Detta sker gradvis och visas i figur 8. Omvandlingen sker genom att lättrörliga tvillinggränser flyttas. Att de är lättrörliga beror på att de har låg energi.7


Figur 8.8 Den slumpmässigt riktade martensiten omvandlas till martensit med en specifik riktning genom att materialet utsätts för en skjuvspänning. I första bilden har den undre halvan av materialet omvandlats och i den sista bilden har hela materialet omvandlats till riktad martensit.
Tvåvägsbeteendet bygger på att påminnelser i mikrostrukturen gör att martensiten bildas i önskad riktning. Påminnelserna är i själva verket mikrospänningar eller kristalldefekter som byggs in i gittret under träningen. Med ökad träning kommer fler och fler påminnelser att lämnas kvar i moderfasen och mer martensit bildas i rätt riktning. En principskiss för omvandlingarna vid envägsbeteende och vid tvåvägsbeteende visas i figur 9.9



2.3 Legeringar i minnesmetaller

NiTi-legeringar och kopparbaslegeringar är de enda minnesmetaller som används kommersiellt. Övriga metaller med minnesegenskaper är bland andra järnbaslegeringar och det forskas även om nya högtemperaturminnesmetaller.10 De icke kommersiella minnesmetallerna är antingen för dyra att framställa, är bara användbara som enkristaller eller har någon annan begränsning.11




2.3.1 Nickel-titan


I jämförelse med kopparbaslegeringar ger NiTi-legeringar en större formändring vid martensitomvandlingen. De har även mycket bättre korrosionsegenskaper och är mer duktila.12 I figur 10 jämförs olika töjnings- och spänningsvärden mellan de olika minnesmetallerna och rostfritt stål. Basen i NiTi-minnesmetaller är den stökiometriska fasen NiTi. Denna fas kan lösa in både titan, nickel och de flesta övriga metalliska element, vilket gör att många egenskaper kan ändras genom tillsats av legeringsämnen. Den vanligaste legeringstillsatsen är upp till en procent nickel. Tillsatsen ökar moderfasens styrka och sänker omvandlingstemperaturerna. Även järn och krom används för att sänka omvandlingstemperaturerna. Tillsatser av koppar används bland annat för att minska hysteresen.13


Legering

Sträckgräns Ursprungsfas

[MPa]


Sträckgräns

Martensit

[MPa]


Brottgräns

[MPa]


Maximal återhämtnings töjning [%]

Cykler vid 2% töjning

Cykler vid 0,5% töjning


NiTi

100-800

50-300

800-1500

8

105

102


CuZnAl

350

80

600

4-5

107

105


CuAlNi

400

130

500-800

4-5

Rostfritt stål

190-1213

483-1850

0,2

Figur 10. Jämförelse av mekaniska egenskaper hos olika minnesmetaller och rostfritt stål. ”Maximal återhämtningstöjning” är den maximala töjning som kan återgå när materialet omvandlas tillbaka till ursprungsfas. ”Cykler vid 2% respektive 0,5% töjning” är maximalt antal cykler som materialet kan genomgå när maximal återhämtningstöjningen är 2% respektive 0,5%.11,13,14
Vid smältning av NiTi-minnesmetaller krävs anläggningar med vakuum eller inert atmosfär, anledningen är att titan är reaktivt. Detta gör att framställningskostnaderna ökar. Vanliga sätt att smälta NiTi är i ljusbågsugn eller i en induktionsugn med vakuum. Varmbearbetningsprocesser som smidning, extrusion och valsning är vanligt förekommande och kan utföras i luft. Även kallbearbetning förekommer, men på grund av deformationshårdnande krävs att materialet avspänningsglödgas ofta.13

2.3.2 Kopparbaslegeringar


Kopparbaslegeringarnas främsta fördel är att de är billigare än NiTi-legeringarna.12 De vanligaste kopparbaslegeringarna är CuZnAl och CuAlNi. Genom legeringstillsatser kan omvandlingstemperaturen för bildandet av martensit varieras. Mangan används för att sänka omvandlingstemperaturen och för att öka duktiliteten. I kopparbaslegeringar krävs beta-fas för att få minnesegenskaper, eftersom martensiten bildas ur beta-fasen. Beta-fasen är en metastabil fas, vilket gör att värmebehandlingar måste kontrolleras noga för att förhindra fasomvandling till den stabila fasen.13
Kopparbaslegeringar smälts oftast i en induktionsugn med en skyddande atmosfär, för att förhindra att zink förångas och att aluminium oxideras. Vanligtvis varmbearbetas sedan materialet, men även kallbearbetning förekommer på vissa av legeringarna. CuAlNi-legeringar kan endast varmbearbetas eftersom de är spröda vid rumstemperatur.13

2.3.3 Järnbaslegeringar


Järnbaslegeringarna FePt, FePd och FeNiCoTi kan värmebehandlas för att bilda termoelastisk martensit, vilket ger upphov till minnesegenskaper. Det förekommer även järnbaslegeringar som har minnesegenskaper trots att de inte kan bilda termoelastisk martensit. Dessa legeringar får sina minnesegenskaper från spänningsinducerad martensit och består av FeNiC, FeMnSi och FeMnSiCrNi.13


2.3.4 Högtemperaturminnesmetaller


Hos alla kommersiella minnesmetaller ligger omvandlingstemperaturerna under 300oC. Forskning pågår om RuNb- och RuTa-minnesmetaller, där atomandelarna är ungefär lika. Omvandlingstemperaturerna hos dessa minnesmetaller kan varieras från lite över rumstemperatur till 1100oC respektive 1400oC. Minnesmetaller av denna typ skulle kunna användas till delar i motorer och på andra ställen där arbetstemperaturen är hög.10


3 Användningsområden



3.1 Kommersiella



3.1.1 Glasögonbågar


Vissa glasögonbågar kan deformeras kraftigt utan att få någon kvarstående deformation eller gå sönder, figur 11. Dessa glasögonbågar är gjorda av NiTi-minnesmetall som befinner sig inom det superelastiska området.



Figur 11.15 Glasögonbågar av NiTi, som klarar stora deformationer utan att gå sönder eller få kvarstående deformation efter avlastning.





3.1.2 Sammanfogningsmetod


Ett annat användningsområde för minnesmetaller är sammanfogning av rör. Minnesmetallen formas som en cylinder, med en dimension som är något mindre än delarna som ska fogas ihop. Diametern ökas sedan genom deformation, så cylindern kan sättas på plats. En värmebehandling gör att cylindern krymper och sätter delarna runt skarven under tryck, vilket gör att skarven blir mycket tät och hållbar, figur 12 . Fördelarna med denna fogningsmetod är att det inte blir någon skada på det ihopfogade materialet och om en tvåvägsminnesmetall används är fogen lätt att demontera.12,16



Figur 12.16 Cylinder av minnesmetall som sammanfogar två rör. I den övre delen av bilden är cylindern deformerad för att få en större diameter, så den kan placeras utanpå rören i skarven. Pilarna illustrerar värme som får cylindern att krympa och sätta de sammanfogade delarna under tryck.




3.1.3 Bultar


Minnesmetaller används även i bultar och nitar i situationer där baksidan på föremålet inte är tillgänglig, till exempel vid skarvning av rör. Bulten tillverkas i en minnesmetall, vars Af ligger under rumstemperatur. Ena änden på bulten är delad och består av två ben som är isärböjda vid rumstemperatur. Därefter kyls bulten i flytande kväve och benen rätas ut, vilket möjliggör montage. När bulten återfår rumstemperatur böjs benen åter isär och bulten sitter fast. Förloppet illustreras i figur 13 (a till d).16



Figur 13.16 a) visar ursprungsformen på bulten vid rumstemperatur. b) visar bulten vid låg temperatur. c) visar montering av bulten. d) visar montaget när bulten återfått rumstemperatur.

3.1.4 Robotar


I robotar används minnesmetaller för att få funktioner motsvarande muskler och senor hos människor att efterliknas, exempelvis förmågan att böja ett finger. I robotfingret sitter en minnesmetallvajer och en fjäder, som håller fingret rakt. När minnesmetallen värms krymper den och får fingret att böjas, vid kylning återfår vajern sin ursprungliga form och fjädern rätar ut fingret igen, figur 14. Uppvärmningen av vajern sker genom att den passeras av en elektrisk ström, som kan styras av en dator.17



Figur 14.17 Principskiss av ett robotfinger vars rörlighet fås med hjälp av en fjäder (Bias Spring) och en minnesmetallvajer (SMA Wire). Uppvärmning av vajern gör att den krymper och tvingar fingret att böjas. För att räta ut fingret kyls vajern, vilket gör att den utvidgas och fjädern dras ihop.

3.1.5 Kylsystem för bilar


Minnesmetaller kan användas i termostater och fläktkopplingar i bilar för att öka uppvärmningstiden och minska energiförluster. Termostaten tillåter inte kylvattnet att fylla radiatorn innan motorn är varm. När motorn är kall är en termostatventil stängd, vilket får vattnet att cirkulera utanför motorn. När motortemperaturen stiger kommer ventilen att öppnas och släppa in kylvattnet till motorn. Fläktkopplingssystemet fungerar på följande vis: när luften som passerar över radiatorn når en viss temperatur kommer en kylfläkt som är kopplad till rotationsaxeln på motorn att sättas igång. Om luften däremot är kall kommer fläkten istället att rotera fritt med luftflödet.18

3.2 Medicinska tillämpningar

För att minnesmetaller ska kunna användas i kroppen krävs att de klarar av den korrosiva miljön som råder. Eftersom kopparbaslegeringarna inte har sådana egenskaper, kan endast NiTi användas till dessa applikationer. Minnesmetallen måste vara biokompatibel för att förhindra avstötning, även detta krav uppfylls av NiTi-legeringarna.



3.2.1 Höftleder


Konventionella höftleder görs av CoCr-legeringar, då de har bra biokompatibilitet och bra mekaniska egenskaper, men de har dock en tendens att nötas ut. För att undvika detta används NiTi-legeringar som uppvisar superelastiska egenskaper. Tester har visat att NiTi-legeringar klarar tio gånger fler testcykler än CoCr-legeringar, utan att överhuvudtaget uppvisa några tecken på nötning.19

3.2.2 Förstärkning av artärer och vener


Blodkärl som genom sjukdomar eller skador blivit igensatta, behöver rensas för att återfå sin funktion. Minnesmetaller kan då användas som ett hjälpmedel för att underlätta blodflödet igen. Omvandlingstemperaturen hos metallen ligger strax under kroppstemperaturen. En cylinder av minnesmetall kyls, trycks ihop och förs in i det igensatta kärlet. Kroppsvärmen får minnesmetallen att utvidga sig och blodflödet kommer igång.20

3.2.3 Benplattor


Vid komplicerade frakturer används benplattor för att hålla ihop skelettet på rätt sätt. Benplattorna tillverkas vanligtvis av rostfritt stål eller titan, men försök har gjorts med minnesmetaller av NiTi. Problemet med de vanliga benplattorna är att de efter ett tag förlorar spänningen som håller frakturen under kompression, vilket försvårar läkningsprocessen. Benplattorna av NiTi är gjorda så att de blir längre vid kylning. De monteras kalla och krymper därför när de når kroppstemperatur. Detta gör att frakturen sätts under kompression genom hela läkningsprocessen och därmed förenklas den.17

3.2.4 Dentala hjälpmedel


Spännvajrar i tandställningar görs vanligtvis av rostfritt stål, som har en begränsad tänjningsförmåga och måste därför spännas ofta. Genom att göra vajrarna av minnesmetaller som är superelastiska och har en stor förmåga att förlängas, behöver vajrarna inte spännas lika ofta. En annan fördel är att minnesmetallerna ger en jämnare och behagligare spänning på tänderna över en längre tid.21

3.3 Framtidsapplikationer




3.3.1 Flygplansvingklaffar


Manövreringen av ett flygplan bygger till stor del på klaffarna på vingarna. Dagens flygplan har hydraliskt styrda klaffar, vilket kräver en väldigt omfattande, dyr och underhållskrävande utrustning. Ett alternativ är att istället använda minnesmetaller i en flexibel vingyta. Vajrar som fästs på undersidan och översidan av vingen krymper vid uppvärmning, vilket får vingen att böjas, figur 15. Uppvärmningen sker genom att en ström leds genom vajern. Fördelarna med detta är att utrustningen blir billigare, säkrare och att flygplanets vikt minskar.17



Figur 15.17 Flygplansvinge med minnesmetallvajrar. 1) visar hur vingen ser ut när vajrarna är kalla. 2) visar resultatet av att den undre vajern värmts upp och därmed krympt, vilket resulterar i att vingen böjs nedåt

4 Slutsats

Minnesmetaller används idag inom begränsade områden, men med mer forskning och billigare framställningsmetoder kommer efterfrågan av minnesmetaller att öka. Det finns redan en mängd teoretiska applikationer där minnesmetaller lämpar sig bättre än andra material. Anledningen är att en enkel komponent av minnesmetall kan ersätta stora, komplicerade delar, som ibland måste kombineras för att utföra samma funktion. Detta leder till att komponenterna kan göras mindre, lättare och mindre underhållskrävande. Ekonomin är oftast den styrande faktorn när nya material ska tas i bruk och minnesmetallernas fördelar kommer att sänka kostnaderna vid såväl tillverkning, montage och underhåll. Av detta dras slutsatsen att minnesmetaller är ett framtidsmaterial.


Tack till

Strefan Jonsson som har hjälpt oss med idéer och material för att kunna färdigställa detta arbete.



5 Fotnoter

1. Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s.4

2. Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s.38

3 .Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s.6-8

4. Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s.14

5. Funkakubo Hiroyasu, Shape memory alloys. (Japan 1984) ISBN2-88124-136-0 s.39

6. Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s.9-11

7. Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s.12

8. Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s. 45

9. Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige) s.15

10. http://mstd.nrl.navy.mil/flyers/ShapeMem_flyer.pdf

11. Funkakubo Hiroyasu, Shape memory alloys.(Japan 1984) ISBN2-88124-136-0 s.176-177

12. McGraw Hill, Encyklopedia of Science and technology nr 16, 8th edition

13. http://www.sma-inc.com/SMAPaper.html

14. http://herkules.oulu.fi/isbn9514252217/html/x317.html

15. http://www.fitec.co.jp/ftm/nt-e/index.htm applicationsaccessories

16. Funkakubo Hiroyasu, Shape memory alloys.(Japan 1984) ISBN2-88124-136-0 s.204-205

17. http://database.cs.ualberta.ca/MEMS/sma­_mems/sma.html

18. Funkakubo Hiroyasu, Shape memory alloys.(Japan 1984) ISBN2-88124-136-0 s.223-224

19. Funkakubo Hiroyasu, Shape memory alloys.(Japan 1984) ISBN2-88124-136-0 s.240-241

20. http://depts.washington.edu/matseed/mse_resources/Webpage/Memory%20metals/

21. http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=134


6 Referenslitteratur

Funkakubo Hiroyasu, Shape memory alloys. (Japan 1984) ISBN2-88124-136-0

Jonsson Stefan, A review on Fe-based shape memory alloys. (Sverige)

Brailovski V., Trochu F., Review of shape memory alloys medical applications in Russia. (Kanada)



McGraw Hill, Encyklopedia of Science and technology nr 16, 8th edition
Hemsidor

http://herkules.oulu.fi/isbn9514252217/html/x317.html

http://database.cs.ualberta.ca/MEMS/sma­_mems/sma.html

http://www.sma-inc.com/SMAPaper.html

http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=134

http://depts.washington.edu/matseed/mse_resources/Webpage/Memory%20metals/

http://mstd.nrl.navy.mil/flyers/ShapeMem_flyer.pdf

http://innovations.copper.org/1999/07/shape.html

http://www.fitec.co.jp/ftm/nt-e/index.htm applicationsaccessories





Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©atelim.com 2016
rəhbərliyinə müraciət