2025/05/18

مناقشة موجزة لخصائص المعادن الذاكرة

المعادن الذاكرة، هي مواد معدنية خاصة يمكنها استعادة شكلها الماكروسكوبي الأصلي بعد تعرضها لتشوه بلاستيكي ضمن نطاق درجة حرارة معين، وذلك عند تغيير درجة الحرارة إلى نطاق آخر. ظهرت لأول مرة في السبعينيات من القرن العشرين.

2025/05/08

مصنع أسلاك سبائك النيكل والتيتانيوم يقدم لكم معلومات عن سبائك الذاكرة الشكلية

تطوير الطاقة هو مجال تطبيق مهم للسبائك ذات الذاكرة الشكلية. اليوم، يقدم مصنع أسلاك سبائك النيكل والتيتانيوم لكم معرفة حول السبائك ذات الذاكرة الشكلية، هيا نتعرف عليها معًا!

2025/05/06

الاستخدامات الرئيسية للمعادن الذاكرة

تطبيقات المعادن ذات الذاكرة الشكلية 1. استخدام تأثير استعادة الشكل أحادي الاتجاه، مثل وصلات الأنابيب، الهوائيات، وصلات الربط، وغيرها. 2. استعادة الذاكرة ثنائية الاتجاه الخارجية، أي استخدام تأثير استعادة الشكل أحادي الاتجاه بمساعدة قوة خارجية، يمكن القيام بحركات متكررة مع تغير درجة الحرارة، مثل العناصر الحساسة للحرارة، الروبوتات، المحطات الطرفية، وغيرها. 3. استعادة الذاكرة ثنائية الاتجاه الداخلية، أي استخدام تأثير الذاكرة ثنائي الاتجاه، حيث يتم تنفيذ حركات متكررة مع ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة، مثل المحركات الحرارية، عناصر التسخين، وغيرها. لكن هذا النوع من التطبيقات يعاني من تدهور سريع في الذاكرة وقلة الموثوقية، لذلك نادر الاستخدام.

2025/04/26

أصل السبائك الذاكرة

في عام 1932، لاحظ السويدي أورلاند لأول مرة تأثير "الذاكرة" في سبائك الكادميوم الذهبي، حيث يمكن للسبيكة أن تعود إلى شكلها الأصلي بطريقة سحرية عند تسخينها إلى درجة حرارة تحول معينة بعد تغيير شكلها. يُطلق على هذه السبائك التي تتمتع بهذه الخاصية الخاصة اسم سبائك ذاكرة الشكل. لم يتجاوز تطوير سبائك ذاكرة الشكل حتى الآن أكثر من 20 عامًا، لكنها تحظى باهتمام واسع في مختلف المجالات بسبب تطبيقاتها الخاصة، وتُعتبر "مواد وظيفية سحرية". في عام 1963، اكتشف بيلر من معهد بحوث الأسلحة البحرية الأمريكية أثناء عمله أن سلكًا من سبيكة النيكل-التيتانيوم يمكن حرقه على شكل نابض، ثم يُمد في ماء بارد أو يُشكل إلى أشكال مثل المربع أو المثلث، وعند وضعه في ماء ساخن فوق 40 درجة مئوية، يعود السلك إلى شكله النابضي الأصلي. لاحقًا، تم اكتشاف أن بعض السبائك الأخرى لها وظائف مماثلة. تُسمى هذه الفئة من السبائك بسبائك ذاكرة الشكل. لكل سبيكة ذاكرة شكل مكونة من عناصر معينة بنسبة وزن محددة درجة حرارة تحول؛ عند تسخين السبيكة فوق هذه الدرجة وتشكيلها، ثم تبريدها تحت درجة التحول وتغيير شكلها يدويًا، وعند إعادة تسخينها فوق درجة التحول، تعود السبيكة تلقائيًا إلى الشكل الذي تم تشكيلها به فوق درجة التحول. كان لدى قوم الصين في عهد أسرة تشين معادن ذاكرة، مثل سيف تشين وسيف الملك جو جيان. في عام 1969، تم تطبيق تأثير "ذاكرة الشكل" لسبائك النيكل-التيتانيوم لأول مرة في الصناعة. استخدم الناس جهاز توصيل أنابيب مختلفًا. لربط أنبوبين معدنيين، تم اختيار سبيكة ذاكرة شكل ذات درجة تحول أقل من درجة حرارة الاستخدام، وتم تصنيع أنبوب قصير بقطر داخلي أصغر قليلاً من قطر الأنبوب المراد توصيله (كموصل)، ثم تم توسيع قطره الداخلي تحت درجة التحول، وعند وضع الأنبوب المتصل في درجة التحول، ينكمش الموصل تلقائيًا ليشد الأنبوب بإحكام، مكونًا اتصالًا قويًا ومحكمًا. استخدمت الولايات المتحدة هذا النوع من الموصلات في نظام ضغط الزيت لطائرة مقاتلة نفاثة، ولم تحدث أي تسريبات أو سقوط أو تلف. في 20 يوليو 1969، ترك رواد الفضاء الأمريكيون أول أثر أقدام للبشر على سطح القمر بواسطة مركبة أبولو 11، ونقلوا المعلومات بين القمر والأرض عبر هوائي نصف كروي قطره عدة أمتار. كيف تم نقل هذا الهوائي الضخم إلى القمر؟ باستخدام مادة سبائك ذاكرة الشكل، حيث تم تشكيله فوق درجة التحول حسب المتطلبات، ثم ضغطه إلى كتلة صغيرة عند خفض درجة الحرارة، وحُمل إلى القمر في المركبة. عند وضعه على القمر وتعرضه لأشعة الشمس وبلوغ درجة حرارة التحول، "تذكر" السبيكة شكلها الأصلي وتحولت إلى نصف كرة ضخمة. أضاف العلماء عناصر أخرى إلى سبائك النيكل-التيتانيوم، وطوروا سبائك جديدة مثل نيكل-نحاس-تيتانيوم، نيكل-حديد-تيتانيوم، ونيكل-كروم-تيتانيوم؛ بالإضافة إلى أنواع أخرى من سبائك ذاكرة الشكل مثل سبائك النحاس-النيكل، النحاس-الألمنيوم، النحاس-الزنك، والحديد (Fe-Mn-Si, Fe-Pd). لسبائك ذاكرة الشكل آفاق واسعة في مجالات الهندسة الحيوية، الطب، الطاقة، والأتمتة.

2025/04/26

ناسا تستخدم سبائك الذاكرة لصنع أجنحة قابلة للطي جديدة

وفقًا لتقارير وسائل الإعلام الأجنبية، تعتبر ناسا الأجنحة القابلة للطي تقنية طيران حاسمة لمستقبل الفضاء، ومن أجل تحقيق هذا الهدف، بدأت هذه الوكالة الفضائية في البحث عن سبيكة ذاكرة متقدمة وخفيفة الوزن. مؤخرًا ظهر خيار مناسب، حيث طورت سبيكة جديدة ضمن مشروع Spanwise Adaptive Wing تتيح للأجنحة التحكم في السطح وتغيير شكلها دون الحاجة إلى أنظمة هيدروليكية ثقيلة. شهدت أجنحة الطائرات تاريخًا طويلًا من التطور، بدءًا من خشب التنوب والقماش إلى المواد المعقدة المتزايدة تعقيدًا اليوم. على الرغم من التحديثات التقنية الكبيرة، إلا أن كفاءتها كانت محدودة إلى حد ما. إذا أصبحت الأجنحة أكثر "مطاطية"، فستتمكن من التكيف مع أشكال متعددة، مما يعني أنها ستلبي ظروف طيران مختلفة. في الواقع، ظهرت هذه الفكرة منذ وقت طويل، لكن المشكلة كانت أن المضخات الهيدروليكية المطلوبة للأجنحة القابلة للطي كانت ثقيلة جدًا وتستهلك طاقة عالية، مما جعل عيوبها تفوق مزاياها. لذلك، تعاون مركز أرمسترونغ لأبحاث الطيران التابع لناسا، ومركز جلين للأبحاث، ومركز لانلي للأبحاث، وقسم أبحاث وتقنية بوينغ، وشركة Area-I Inc لتطوير مكابح تحل محل المضخات الهيدروليكية والمحركات الحالية، مما يقلل الوزن بنسبة 80% ويعمل بواسطة سبيكة ذاكرة الشكل. مؤخرًا، أجرت ناسا سلسلة من اختبارات الطيران في قاعدة إدواردز الجوية في كاليفورنيا على بحيرة روجرز الجافة. خلال الاختبارات، استخدموا تقنية نموذجية للتحكم عن بعد لطائرة البحث PTERA. يُذكر أن أجنحة PTERA يمكن طيها من 0 إلى 70 درجة أثناء الطيران. بالإضافة إلى استخدام مواد مركبة كربونية، تحتوي الطائرة بدون طيار على العديد من أجهزة القياس عن بُعد وأجهزة الاستشعار. عادةً ما يتم تشويه سبائك الذاكرة عن طريق التسخين. في الاختبارات، سمحت أنابيب التسخين على الأجنحة بثني الأجزاء الجانبية للأجنحة لأعلى أو لأسفل. قال جيم مابي، فني من قسم أبحاث وتقنية بوينغ، إن السبيكة الجديدة التي طوروها مع ناسا أظهرت أداءً ممتازًا، حيث كانت مستقرة ومتقدمة مقارنة بالمواد المطورة سابقًا من مرحلة الاختبار الأولى وحتى اختبارات الطيران. ووفقًا للمعلومات التي قدمتها ناسا، فإن الأجنحة القابلة للطي ستصبح في المستقبل أخف وزنًا، أبسط، أنحف، أكثر استقرارًا، وأكثر توفيرًا للوقود. بالإضافة إلى ذلك، ستجعل الطيران الأسرع من الصوت أسهل.

2025/04/26

إطارات من سبيكة الذاكرة ثورة تكنولوجية جديدة

في 11 ديسمبر 2017، أصدرت وكالة ناسا الأمريكية نوعًا من الإطارات غير القابلة للنفخ المصنوعة من سبائك الذاكرة الشكلية، والتي ليست فقط أخف وزنًا وأقوى وأكثر أمانًا، بل يمكن استخدامها على مختلف التضاريس الوعرة. في المستقبل، يمكن استخدام هذه الإطارات ليس فقط في مهام استكشاف المريخ، بل أيضًا كبديل للإطارات التقليدية على الأرض. تقول ناسا إن هذا المنتج الثوري المسمى "الإطار فائق المرونة" تم تطويره بالتعاون بين مركز غلين للأبحاث التابع لناسا وشركة جوديير، واستُلهم من الإطارات المستخدمة في مركبة القمر التابعة لبرنامج أبولو. وباستخدام سبائك الذاكرة الشكلية كمواد شعاعية، يمكن زيادة قدرة الإطار على تحمل الأحمال. مقارنة بالإطارات التقليدية، يقلل "الإطار فائق المرونة" من احتمالية انفجار الإطار، مما يحسن من سلامة القيادة. بالإضافة إلى ذلك، يقلل تصميم هذا الإطار من الحاجة إلى الإطار الداخلي، مما يسهل تجميع الإطار ويخفف وزنه. كما يمكنه تقليل الطاقة المنقولة إلى المركبة أثناء التشغيل. إلى جانب تركيبه على مركبة الاستكشاف كيريوسيتي في مهام الفضاء، يمكن استخدام هذا الإطار في مختلف المركبات والطائرات على الأرض، بما في ذلك المركبات العسكرية، السيارات العادية، المركبات الثقيلة، المركبات الزراعية، والمركبات لجميع التضاريس، لتلبية متطلبات التضاريس المختلفة. حاليًا، تصنع إطارات كيريوسيتي من الألمنيوم الصلب، وعلى الرغم من قوتها، إلا أنها غير كافية لمنع انفجار الإطارات أو تلف السطح. أما "الإطار فائق المرونة" فيمكن أن يسمح لمركبات الاستكشاف مثل كيريوسيتي بحمل معدات أثقل واستكشاف مناطق أوسع على المريخ أو القمر. يُصنع "الإطار فائق المرونة" من سبائك الذاكرة الشكلية، مما يمكنه من التنقل بسلاسة على الأراضي الوعرة. عندما يواجه هذا الإطار عوائق مثل الحجارة، فإنه يتكيف عن طريق التشوه المؤقت ثم يعود إلى شكله الأصلي دون أن يتعرض لأي ضرر دائم.

2025/04/26

تقدم سريع في تطوير سبائك الذاكرة الشكلية، والمجال الطبي أصبح السوق الرئيسي للتطبيق

في سلسلة صناعة السبائك ذات الذاكرة الشكلية، المواد الخام الرئيسية في الأعلى تشمل التيتانيوم والنحاس والحديد وغيرها من المعادن المتعددة؛ وبفضل تأثير الذاكرة الشكلية، والمرونة الفائقة، وخصائص التخميد العالية، وخصائص المقاومة الكهربائية، يصعب استبدال السبائك ذات الذاكرة الشكلية بمواد أخرى. وتشمل الصناعات السفلية بشكل رئيسي الطب الحيوي، والطيران والفضاء، والميكانيكا والإلكترونيات، وبناء الجسور، وتصنيع السيارات، وغيرها من الصناعات، مما يجعل نطاق التطبيقات واسعًا نسبيًا. على الرغم من الاستخدامات الواسعة للسبائك ذات الذاكرة الشكلية، إلا أن الطلب على هذه السبائك ومتطلبات خصائص المنتجات تختلف بشكل كبير بين الصناعات المختلفة. كما تقوم شركات السبائك ذات الذاكرة الشكلية بتطوير منتجات محددة لتلبية احتياجات الأسواق الخاصة. من منظور براءات الاختراع، منذ عام 2009، شهد عدد طلبات براءات الاختراع في صناعة السبائك ذات الذاكرة الشكلية في الصين اتجاهًا تصاعديًا، حيث بلغ ذروته في عام 2016 مع تقديم 676 طلب براءة اختراع. وعلى الرغم من انخفاض طفيف في عدد الطلبات في عام 2017، إلا أن الزيادة الإجمالية كانت واضحة. الصناعة في فترة نمو سريع، حيث تسعى الشركات جاهدة لتطوير منتجات جديدة لتلبية احتياجات السوق السفلية. من حيث تصنيف مجالات براءات الاختراع للسبائك ذات الذاكرة الشكلية، يُعد المجال الطبي/البيطري/الصحي أكبر سوق للبحث والتطوير، حيث تمثل هذه البراءات حوالي 22% من إجمالي عدد البراءات. حاليًا، يتركز استخدام سوق صناعة السبائك ذات الذاكرة الشكلية المحلية بشكل رئيسي في المجالات الطبية، والسيارات، والروبوتات، والطيران وغيرها. في عام 2017، بلغ حجم سوق صناعة السبائك ذات الذاكرة الشكلية في الصين حوالي 5.68 مليار يوان، منها 4.35 مليار يوان في المجال الطبي؛ وبلغ حجم السوق في المجالات الأخرى (السيارات، الروبوتات، الطيران، إلخ) 1.33 مليار يوان. وبالتفصيل، يُعد الطب الحيوي السوق الرئيسي لصناعة السبائك ذات الذاكرة الشكلية؛ حيث تم استخدام السبائك ذات الذاكرة الشكلية على نطاق واسع في مجال الأجهزة الطبية، بما في ذلك طب الأسنان، وجراحة الصدر، وجراحة الكبد والمرارة، وجراحة المسالك البولية، وطب النساء، وأمراض القلب والأوعية الدموية، وأمراض الدماغ والأوعية الدموية، وجراحة العظام والتقويم. زيادة الإنفاق على الرعاية الصحية واحتياجات العمليات الجراحية تعكس نمو سوق السبائك ذات الذاكرة الشكلية في السنوات الأخيرة، مع ارتفاع مستوى دخل السكان، واتجاه هيكل السكان الوطني نحو الشيخوخة، زاد الإنفاق الاستهلاكي على الرعاية الصحية للسكان سنويًا. بين عامي 2013 و2017، نما الإنفاق الاستهلاكي على الرعاية الصحية للسكان بنسبة 59%، في حين نما الناتج المحلي الإجمالي بنسبة 39% فقط خلال نفس الفترة، متجاوزًا معدل النمو بأكثر من عشرين نقطة مئوية؛ وفي الوقت نفسه، زاد عدد المرضى الذين يخضعون للعمليات الجراحية في المستشفيات بشكل ملحوظ، حيث نما بنسبة 55% خلال الفترة من 2013 إلى 2016، مع تزايد مستمر في الطلب على العمليات الجراحية، ومن المتوقع أن يستمر هذا النمو بمعدل مرتفع في المستقبل. الاستخدام الطبي للسبائك ذات الذاكرة الشكلية يتعلق في الغالب بعمليات الجراحة. لذلك، يمكن لعدد العمليات الجراحية أن يكون متغيرًا وكيلًا جيدًا لطلب السبائك ذات الذاكرة الشكلية، ويعكس بشكل جيد اتجاهات تغير الطلب في الصناعة. يعكس الارتفاع المستمر في الإنفاق الطبي وعدد العمليات الجراحية توسع مساحة تطوير السبائك ذات الذاكرة الشكلية في المجال الطبي الحيوي في الصين، مما يظهر قيمة الاستثمار في الصناعة. أكثر السبائك ذات الذاكرة الشكلية استخدامًا في الطب هو سبيكة النيكل-التيتانيوم المسامية، والتي تُستخدم بشكل رئيسي لاستبدال وإصلاح عظام جسم الإنسان. تتمتع سبيكة النيكل-التيتانيوم بقوة تعادل قوة عظام الإنسان، وتضمن خاصية المسامية عدم تحرك أو ارتخاء المادة المزروعة داخل الجسم بسبب تغليف الأنسجة الليفية، مما يجعل المزروع والأنسجة العظمية المصححة يشكلان وحدة متماسكة؛ كما أن تأثير الذاكرة الشكلية المتفوق على المواد الأخرى يجعل عملية الزرع أسهل، ويقلل من صعوبة الجراحة، ويخفف من معاناة المرضى. وقد أجريت أبحاث كثيرة حول توافق سبيكة النيكل-التيتانيوم مع جسم الإنسان، حيث يمكن للمواد الجديدة حتى أن تعزز نمو الأنسجة العظمية، كما يقلل التفاعل المناعي بين المزروع والأنسجة الحية بشكل كبير.

2025/04/25

ترويج واستخدام سبائك الذاكرة النيكل-تيتانيوم في صناعة الطب

سبائك النيكل والتيتانيوم هي سبائك ذاكرة الشكل، وهي سبائك خاصة يمكنها استعادة شكلها الأصلي تلقائيًا عند درجة حرارة معينة بعد تعرضها لتشوه بلاستيكي. معدل تمددها يزيد عن 20%، وعمرها الافتراضي في التعب يصل إلى 10^7، وخصائص التخميد فيها أعلى بعشر مرات من النوابض العادية، ومقاومتها للتآكل أفضل من أفضل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الطبية الحالية، مما يجعلها تلبي متطلبات التطبيقات الهندسية والطبية المختلفة، وهي مادة وظيفية ممتازة للغاية. بالإضافة إلى خاصية ذاكرة الشكل الفريدة، تتميز سبائك الذاكرة أيضًا بمقاومة التآكل، ومقاومة البلى، وخصائص تخميد عالية، ومرونة فائقة. الخصائص الخاصة لسبائك النيكل والتيتانيوم: 1. خاصية ذاكرة الشكل (shape memory): تعني أن الطور الأم بدرجة حرارة أعلى من Af عند تبريده إلى أقل من Mf يتحول إلى طور المارتنسيت، وعند تشويه المارتنسيت تحت درجة حرارة أقل من Mf ثم تسخينه إلى أقل من Af، يحدث تحول عكسي للطور ويستعيد المعدن شكله الأصلي في الطور الأم. في الواقع، تأثير ذاكرة الشكل هو عملية تحول طور حراري في سبائك النيكل والتيتانيوم. 2. المرونة الفائقة (superelastic): تعني أن العينة تحت تأثير قوة خارجية تتعرض لانفعال أكبر بكثير من حد المرونة، وعند إزالة القوة يعود الانفعال تلقائيًا. في الطور الأم، تؤدي الإجهادات الخارجية إلى تحول طور المارتنسيت، مما يجعل السبيكة تظهر سلوكًا ميكانيكيًا مختلفًا عن المواد العادية، حيث يكون حد المرونة أعلى بكثير ولا تتبع قانون هوك. بالمقارنة مع ذاكرة الشكل، لا تشارك الحرارة في المرونة الفائقة. بشكل عام، المرونة الفائقة تعني أن الإجهاد لا يزداد مع زيادة الانفعال ضمن نطاق معين، وتنقسم إلى مرونة فائقة خطية وغير خطية. في الحالة الخطية، العلاقة بين الإجهاد والانفعال تقريبًا خطية. أما المرونة الفائقة غير الخطية فتحدث في نطاق درجات حرارة أعلى من Af، حيث يحدث تحول طور المارتنسيت وتحوله العكسي أثناء التحميل والتفريغ، وتسمى أيضًا بالمرونة الزائفة الناتجة عن تحول الطور. يمكن أن تصل المرونة الزائفة في سبائك النيكل والتيتانيوم إلى حوالي 8%. تتغير المرونة الفائقة مع ظروف المعالجة الحرارية، وعند تسخين السلك إلى أكثر من 400 درجة مئوية تبدأ المرونة الفائقة في الانخفاض. 3. حساسية لتغير درجة حرارة الفم: قوة تقويم أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ وسبيكة CoCr لا تتأثر بدرجة حرارة الفم بشكل كبير. أما أسلاك النيكل والتيتانيوم ذات المرونة الفائقة فتتغير قوتها مع تغير درجة حرارة الفم. عند ثبات مقدار التشوه، تزداد القوة مع ارتفاع درجة الحرارة. هذا يسرع حركة الأسنان لأن تغير درجة حرارة الفم يحفز تدفق الدم في المناطق التي توقف فيها بسبب جهاز التقويم، مما يوفر تغذية كافية لخلايا الإصلاح أثناء حركة الأسنان ويحافظ على حيويتها ووظيفتها الطبيعية. من ناحية أخرى، لا يستطيع أطباء التقويم التحكم بدقة أو قياس قوة التقويم في بيئة الفم. 4. مقاومة التآكل: أظهرت الدراسات أن مقاومة تآكل أسلاك النيكل والتيتانيوم مشابهة لتلك الخاصة بأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ. 5. مقاومة السمية: التركيب الكيميائي الخاص لسبائك النيكل والتيتانيوم، التي تحتوي على حوالي 50% نيكل، والنيكل معروف بأنه مادة مسرطنة ومحفزة للسرطان. في الظروف العادية، يعمل طبقة أكسيد التيتانيوم السطحية كحاجز يمنح السبيكة توافقًا حيويًا جيدًا. طبقة TiXOy وTixNiOy السطحية تمنع إطلاق النيكل. 6. قوة تقويم لطيفة: تشمل الأسلاك المعدنية المستخدمة تجاريًا في تقويم الأسنان أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، وأسلاك سبائك الكوبالت-كروم-نيكل، وأسلاك النيكل-كروم، وأسلاك السبائك الأسترالية، وأسلاك الذهب، وأسلاك التيتانيوم. مقارنةً بمنحنيات الحمل-الإزاحة في اختبارات الشد والانحناء الثلاثي النقاط، يظهر منحنى تفريغ سبيكة النيكل والتيتانيوم أدنى وأسطح منصة، مما يدل على قدرتها على توفير قوة تقويم لطيفة ومستدامة. 7. خصائص تخميد جيدة: بسبب مضغ الطعام وطحن الأسنان أثناء النوم، تزداد الاهتزازات على الأسلاك، مما يزيد من ضرر الجذور والأنسجة المحيطة. أظهرت الدراسات أن اهتزاز أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ أكبر من أسلاك النيكل والتيتانيوم ذات المرونة الفائقة، حيث أن اهتزاز الأسلاك النيكل والتيتانيوم الأولي هو نصف اهتزاز أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ فقط. الخصائص الجيدة للاهتزاز والتخميد للأسلاك مهمة لصحة الأسنان، في حين أن الأسلاك التقليدية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ تميل إلى زيادة امتصاص الجذور. التطبيقات السريرية لأسلاك النيكل والتيتانيوم: 1. تستخدم لترتيب الأسنان المبكر بسبب المرونة الفائقة وذاكرة الشكل ومنحنى الإجهاد-الانفعال المنخفض، حيث تُستخدم عادة كأسلاك أولية في نظم التقويم، مما يقلل بشكل كبير من انزعاج المرضى. تقنيات MBT توصي باستخدام أسلاك النيكل والتيتانيوم النشطة حراريًا بقطر 0.016 بوصة (HANT)، وتقنية DEMON ذات الأقواس ذات القفل الذاتي توصي باستخدام أسلاك النيكل والتيتانيوم النشطة حراريًا المحتوية على النحاس من شركة Omcro (درجة حرارة تحول الطور حوالي 40 درجة)، وتقنية O-PAK توصي باستخدام أسلاك النيكل والتيتانيوم ذات المرونة الفائقة بقطر 0.016 بوصة لترتيب الأسنان المبكر. 2. نوابض النيكل والتيتانيوم: النوابض الدافعة والسحبية من النيكل والتيتانيوم تستخدم في تقويم الأسنان، وتتميز بالمرونة الفائقة، مناسبة لفتح الفجوات بين الأسنان وسحب الأسنان في اتجاهات مختلفة. يمكن للنوابض الحلزونية من النيكل والتيتانيوم توليد قوة حوالي 50 جرام عند تمدد 1 مم. تتميز النوابض بمرونة عالية وقوة مستمرة ناعمة ومستقرة، مع انخفاض تلاشي القوة، مما يوفر قوة تقويم مثالية لتحريك الأسنان سريريًا ومتوافقة مع المتطلبات الفسيولوجية. مقارنة بأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ ذات القطر نفسه، تطلق النوابض قوة تقويم أكبر 3.5-4 مرات، مما يقلل الألم ويطيل مدة العلاج ويزيد من فعاليته. 3. أسلاك L-H: تم تطويرها في اليابان بواسطة الدكتور سوما وفريقه، وتصنعها شركة Tomy. "LH" تعني "Low Hysteresis"، أي أن الفرق بين الإجهاد عند تفعيل السلك على الأقواس والإجهاد عند استعادة السلك لشكله الأصلي صغير جدًا، مما يعني تأخرًا منخفضًا. مقارنة بمنحنيات الإجهاد-الانفعال لأسلاك النيكل والتيتانيوم الأخرى، يظهر سلك L-H أقل تأخر، مما يمنحه ميزة حمل منخفض وقوة خفيفة مستمرة. كما أن ميل المنحنى الابتدائي منخفض، مما يدل على صلابة منخفضة. يحتوي سلك L-H على نسبة أعلى من التيتانيوم مقارنة بأسلاك النيكل والتيتانيوم العادية، لذا يُطلق عليه سلك التيتانيوم-نيكل، وأظهرت التجارب تأثير تخميد قوي. يمكن ثني سلك L-H وتشكيله حراريًا، مما يسمح باستخدامه في مراحل مختلفة من العلاج مثل ترتيب الأسنان، فتح الإطباق، إغلاق الفجوات، والمرحلة النهائية، حيث يمكن استخدام سلك واحد في الفك العلوي وآخر في الفك السفلي. في العلاج السريري، يستخدم سلك L-H لتوسيع الفك، وتصحيح الفتح، الانحراف، والعضة المعكوسة، مع نتائج جيدة بسبب قوة مستمرة وناعمة. غالبًا ما يُستخدم مع خطاف J لتعويض ليونة السلك. على الرغم من أن تقنية MEAW تعطي نتائج جيدة في تصحيح هذه الحالات، إلا أن تعقيد ثني الأسلاك يجعل بعض الأطباء يتجنبونها. لذلك يستخدم بعض الأطباء أسلاك النيكل والتيتانيوم ذات شكل الكرسي الهزاز مع سحب عمودي للأسنان الأمامية، مع نتائج مماثلة، لكن لا توفر نفس التحكم الفردي في حركة كل سن كما في تقنية MEAW. يمكن تحسين نتائج سلك L-H عن طريق ثنيه داخل الفم باستخدام أدوات تشكيل الأسلاك.

2025/04/24

استخدامات سبيكة الذاكرة

سبائك الذاكرة، نظرًا لقدرتها على الاستعادة لأكثر من مليون مرة، يسميها الكثيرون "سبائك حية"، وذلك لأن سبائك الذاكرة هي نوع من "السبائك الحية"، باستخدام تغير شكلها عند درجة حرارة معينة، يمكن تصميم أجهزة تحكم ذاتية متنوعة، وتزداد استخداماتها باستمرار. الاستخدامات في الميكانيكا تطبيقات سبائك الذاكرة واسعة جدًا. مثل المسامير التثبيتية في الميكانيكا، وصلات الأنابيب، أجهزة إنذار الحريق في المعدات الإلكترونية، الموصلات، اللحام في الدوائر المتكاملة، الاستخدامات الطبية مثل صمامات القلب الاصطناعية، أعمدة تصحيح العمود الفقري، ترميم وتشكيل عظام الجمجمة، تقويم الأسنان وجراحة ترميم الفك. كما ستظهر فعاليتها العجيبة في الأقمار الصناعية للاتصالات، التلفزيونات الملونة، منظمات الحرارة، والألعاب، وستصبح مادة جديدة في مجالات الملاحة البحرية والجوية والفضائية، والنقل، والصناعات الخفيفة والنسيج. تم استخدام سبائك الذاكرة في توصيل الأنابيب والتحكم الآلي، حيث يمكن استبدال اللحام بأكمام مصنوعة من سبائك الذاكرة، حيث يتم توسيع نهايات الأنابيب بنسبة حوالي 4% عند درجة حرارة منخفضة، ثم يتم تركيبها معًا، وعند التسخين تنكمش الأكمام وتستعيد شكلها الأصلي، مما يشكل اتصالًا محكمًا. استخدم نظام الهيدروليك في طائرات البحرية الأمريكية 100,000 من هذه الوصلات، ولم تحدث تسريبات أو أضرار على مدى سنوات. إصلاح أنابيب السفن وحقول النفط تحت البحر باستخدام ملحقات سبائك الذاكرة سهل جدًا. في بعض الأماكن التي يصعب العمل فيها، تُصنع المسامير من سبائك الذاكرة، وعند تسخينها داخل الفتحات، تنفتح نهاياتها تلقائيًا وتلتف، مكونة قطعة تركيب من جانب واحد. الاستخدامات الطبية تطبيقات سبائك الذاكرة في الطب ملفتة للنظر أيضًا. مثل الألواح العظمية لتثبيت العظام المكسورة، التي لا تثبت فقط قطعتين من العظم بل تولد قوة ضغط أثناء استعادة الشكل الأصلي، مما يجبر العظام على الالتئام معًا. أسلاك تقويم الأسنان، مشابك ربط تمدد الأوعية الدموية الدماغية وقنوات القذف، دعامات تصحيح العمود الفقري، كلها تبدأ عملها داخل الجسم بفضل حرارة الجسم. مرشحات الجلطات الدموية هي منتج جديد من سبائك الذاكرة، حيث يتم زرع المرشح المستقيم في الوريد، ويستعيد تدريجيًا شكله الشبكي، مما يمنع 95% من جلطات الدم من الوصول إلى القلب والرئتين. القلب الاصطناعي هو عضو أكثر تعقيدًا، حيث يتم تصنيع ألياف العضلات من سبائك الذاكرة بالتعاون مع أغشية مرنة في البطين، لمحاكاة حركة انقباض البطين. وقد تم تحقيق نجاح في ضخ الماء حتى الآن. نظرًا لأن سبائك الذاكرة هي "سبائك حية"، باستخدام تغير شكلها عند درجة حرارة معينة، يمكن تصميم أجهزة تحكم ذاتية متنوعة، وتزداد استخداماتها باستمرار. تطبيقات تكنولوجيا الفضاء أكثر التطبيقات تشجيعًا لسبائك الذاكرة هو في تكنولوجيا الفضاء. في 20 يوليو 1969، هبطت مركبة أبولو 11 على سطح القمر، محققة حلم أول رحلة بشرية إلى القمر. بعد هبوط رواد الفضاء، وضعوا هوائيًا نصف كروي بقطر عدة أمتار على سطح القمر لإرسال واستقبال المعلومات إلى الأرض. تم تركيب الهوائي الكبير داخل المركبة الصغيرة التي أُرسلت إلى الفضاء. كان الهوائي مصنوعًا من سبائك الذاكرة التي تم اختراعها حديثًا آنذاك. تم تصنيع المادة الرقيقة من سبائك الذاكرة في الحالة العادية حسب المتطلبات، ثم تم ضغطها إلى كرة عند درجة حرارة منخفضة، وأُدخلت في المركبة الفضائية. عند وضعها على سطح القمر، وارتفاع درجة الحرارة تحت أشعة الشمس، وعند الوصول إلى درجة حرارة التحول، استعاد الهوائي شكله الأصلي، وتحول إلى نصف كرة ضخمة. المزيد من الاستخدامات حاليًا، تم استخدام تأثير الذاكرة الشكلية والمرونة الفائقة على نطاق واسع في الطب والحياة اليومية. مثل تصنيع مرشحات الجلطات، أعمدة تصحيح العمود الفقري، الألواح العظمية، المفاصل الاصطناعية، حمالات الصدر النسائية، القلوب الاصطناعية، وغيرها. كما يمكن استخدامها على نطاق واسع في مختلف أجهزة الضبط والتحكم التلقائي. قد تصبح الأغشية والأسلاك ذات الذاكرة الشكلية مواد مثالية للأذرع الميكانيكية الدقيقة والروبوتات المستقبلية. خصوصًا بسبب خفتها، قوتها العالية، ومقاومتها للتآكل، مما يجعلها مفضلة في مختلف المجالات. سبائك النيكل-تيتانيوم المصممة مسبقًا بشكل "ICE"، إذا تم شدها بشكل خاطئ، يمكن استعادة شكلها الأصلي بمجرد نقعها في ماء ساخن. سبائك النيكل-تيتانيوم المصممة مسبقًا بشكل نصفين مختلطين، عند تسخينها ببطء لمدة عشر دقائق عند 400 درجة مئوية، يمكنها الاحتفاظ بهذا الشكل بشكل دائم (تسمى في هذه الحالة الحالة الأوستنيتية ذات درجة الحرارة العالية). السبب الرئيسي هو أن البلورة أثناء التسخين البطيء تسمح لكل ذرة معدنية بملء كل الفراغات، مما يجعل ترتيبها أكثر إحكامًا، وهذا النوع من السبائك الصلبة يُعرف تجاريًا بسبائك الذاكرة. إذا تعرضت سبائك الذاكرة لأي تشوه خارجي (الحالة التي يمكن تشويهها بحرية تسمى الحالة المارتنسيتية)، أي وجود فراغات في شكل البلورة، فإن التسخين قليلاً فوق درجة حرارة التحول يملأ هذه الفراغات ويعيد الشكل الأصلي، وتسمى هذه العملية ذاكرة الشكل. مثبتات داخلية لتقويم العمود الفقري من المعادن ذات ذاكرة الشكل.

2025/04/24

آفاق تطبيقات السبائك الذاكرة عالية التقنية

كان القرن العشرون عصر الميكاترونيكس. الاستشعار - الدوائر المتكاملة - التشغيل هي أكثر أنظمة التحكم الميكانيكية الإلكترونية نموذجية، لكنها معقدة وضخمة. المواد ذات الذاكرة الشكلية تجمع بين وظيفتي الاستشعار والتشغيل، مما يمكن من تحقيق تصغير وتحسين ذكاء أنظمة التحكم، مثل الروبوتات الهولوغرافية، والأذرع الميكانيكية فائقة الصغر بمقياس المليمتر. سيصبح القرن الحادي والعشرون عصر إلكترونيات المواد. حركة الروبوتات المصنوعة من سبائك الذاكرة الشكلية لا تتأثر بأي ظروف بيئية سوى درجة الحرارة، ومن المتوقع أن تلعب دورًا بارزًا في مجالات التكنولوجيا العالية مثل المفاعلات، المسرعات، ومختبرات الفضاء. عند الحديث عن السبائك ذات الذاكرة، لا بد من ذكر السبائك الأكثر إثارة للاهتمام - سبائك الذاكرة. اكتُشفت خاصية الذاكرة في المعادن صدفة: في أوائل الستينيات، استلم فريق بحث من البحرية الأمريكية بعض أسلاك سبائك النيكل والتيتانيوم من المخزن لإجراء تجارب. لاحظوا أن هذه الأسلاك كانت ملتوية وغير مريحة للاستخدام، فقاموا بفردها واحدة تلو الأخرى. خلال التجارب، حدثت ظاهرة غريبة، حيث وجدوا أن هذه الأسلاك المستقيمة تعود فجأة إلى شكلها الملتوي الأصلي عند ارتفاع درجة الحرارة إلى قيمة معينة. كانوا مراقبين دقيقين وأعادوا التجارب عدة مرات، مما أكد أن هذه الأسلاك تمتلك "ذاكرة". أثار هذا الاكتشاف من معهد أبحاث البحرية الأمريكية اهتمامًا كبيرًا في الأوساط العلمية، وأجرى العديد من العلماء دراسات معمقة حوله. وُجد أن سبائك النحاس والزنك، والنحاس والألمنيوم والنيكل، والنحاس والموليبدينوم والنيكل، والنحاس والذهب والزنك، وغيرها تمتلك هذه الخاصية الغريبة أيضًا. يمكن للناس تغيير شكل هذه السبائك ضمن نطاق معين حسب الحاجة، وعند درجة حرارة محددة تعود تلقائيًا إلى شكلها الأصلي، ويمكن تكرار هذه العملية عدة مرات. بغض النظر عن التغييرات، تحتفظ هذه السبائك بذاكرتها لشكلها في تلك اللحظة، وعند الوصول إلى درجة الحرارة تلك، تعود بدقة إلى شكلها الأصلي. تُسمى هذه الظاهرة تأثير الذاكرة الشكلية، والسبائك التي تمتلك هذا التأثير تُعرف بسبائك الذاكرة الشكلية، أو ببساطة سبائك الذاكرة. لماذا تمتلك هذه السبائك تأثير الذاكرة الشكلية؟ كيف تتذكر شكلها الأصلي؟ من الصعب تفسير هذا التأثير باستخدام نظريات الروابط المعدنية العامة أو نظرية الإلكترونات الحرة. توفر سبائك الذاكرة مثالًا ممتازًا لحركة الإلكترونات الخارجية للنواة التي تتغير مع درجة الحرارة، مما يسمح لها بالعودة إلى شكلها الأصلي تحت ظروف درجة حرارة معينة. يتكون السبيكة عند درجات حرارة عالية من اندماج المعادن السائلة، وبسبب التنافر بين وحدات البنية في المعادن السائلة، تتوزع هذه الوحدات بالتساوي مع وحدات بنية معدن آخر، وعند التصلب، يكون الهيكل المجهري ترتيبًا منسقًا لوحدات بنية مختلفة بنسب معينة، والقوة الكهرومغناطيسية هي القوة الرئيسية التي تجمع جسم السبيكة. تتكون القوة الكهرومغناطيسية من حركة الإلكترونات التكافؤية، والتي تتغير سرعتها مع درجة الحرارة، لذا تتغير القوة الكهرومغناطيسية داخل الجسم (حجمها، اتجاهها، نقطة تأثيرها) مع درجة الحرارة. هذا يؤدي إلى تغير القوى الداخلية في المعدن مع درجة الحرارة، لكن هذه التغيرات غير واضحة في نطاق صغير من درجات الحرارة، وتظهر فقط عند تغيرات كبيرة (مئات الدرجات المئوية). المعادن العادية تتشوه بلاستيكيًا عند تعرضها لقوة، مثل سلك الحديد الذي يُثنى، حيث تتأثر القوة الكهرومغناطيسية في منطقة الثني بالقوة الخارجية، مما يؤدي إلى تعديل طفيف في مستوى حركة الإلكترونات التكافؤية، ويتم إتمام التشوه البلاستيكي مرة واحدة. سبائك الذاكرة، بسبب خلط وتوزيع وحدات بنية مختلفة، على الرغم من اختلاف حجم الوحدات وقوة الكهرومغناطيسية، فإنها تسرع حركة الإلكترونات التكافؤية الخاصة بها وتتوافق مع بعضها البعض عند درجة حرارة معينة. عند تعرضها لقوة خارجية، تتأثر القوة الكهرومغناطيسية، ويحدث تعديل طفيف في زاوية حركة الإلكترونات التكافؤية، مما يؤدي إلى تشوه بلاستيكي. في هذا التشوه، تكون بعض حركات الإلكترونات غير مريحة. عند تغير درجة الحرارة، تتغير سرعة الإلكترونات، وعندما تعود درجة الحرارة إلى حالة التوافق والراحة (درجة حرارة التحول)، تعود حركة الإلكترونات غير المريحة إلى سرعتها الأصلية، وتتغير القوة الكهرومغناطيسية، مما يؤدي إلى تعديل حركة الإلكترونات في الوحدات المجاورة، فتعود جميعها إلى الحالة المريحة الأصلية، وبالتالي يعود الجسم بأكمله إلى حالته الأصلية. هذه هي عملية ذاكرة السبائك. في الواقع، تم اكتشاف ذاكرة المعادن منذ زمن بعيد: إذا ثنيت سلك حديدي مستقيم بزاوية قائمة (90 درجة)، فإنه يعود قليلاً عند الإفلات، مكونًا زاوية أكبر من 90 درجة. وإذا قمت بفرد سلك حديدي مثني، يجب أن تثنيه لأكثر من 180 درجة قبل الإفلات ليعود تمامًا إلى حالة الاستقامة، وهذا ما يُقال عنه في المثل الصيني "تصحيح الخطأ بإفراط". وهناك سبائك ذات ذاكرة أفضل مثل النوابض (التي هي من الفولاذ، وهو سبيكة الحديد والكربون)، حيث تحتفظ النوابض بشكلها بإحكام، وعند إزالة القوة الخارجية تعود فورًا إلى شكلها الأصلي، لكن نطاق درجة حرارة الذاكرة للنوابض واسع، وليس لها درجة حرارة تحول محددة مثل سبائك الذاكرة، مما يمنحها وظائف خاصة. باستخدام خاصية التشوه عند درجة حرارة معينة لسبائك الذاكرة، يمكن تصنيع أجهزة تحكم حرارية متعددة، مثل دوائر التحكم الحراري، الصمامات الحرارية، وصلات الأنابيب الحرارية. وقد استُخدمت سبائك الذاكرة في تصنيع رؤوس إطفاء الحريق التلقائية - عند ارتفاع درجة حرارة الحريق، يتشوه السبيكة ويفتح الصمام لرش الماء وإطفاء الحريق. كما صُنعت وصلات للأجزاء الميكانيكية والأنابيب، حيث يستخدم في وصلات التزود بالوقود الجوي للطائرات سبائك الذاكرة - بعد توصيل أنابيب الوقود بين الطائرتين، يتم تسخين الوصلة كهربائيًا لتغيير درجة الحرارة، فيتشوه السبيكة ويجعل الوصلة محكمة لمنع تسرب الماء أو الوقود. كما صُنعت هوائيات ذاتية الفتح لمساحات مئات الأمتار المربعة في محطة الفضاء - تُصنع الهوائيات بشكل بارابولي أو مسطح على الأرض، تُطوى وتُحمل إلى الفضاء، وعند تغير درجة الحرارة، تعود إلى شكلها ومساحتها الأصلية. تطورت سبائك الذاكرة حاليًا إلى عشرات الأنواع، ولها استخدامات في مجالات الطيران، العسكرية، الصناعية، الزراعية، الطبية، وتتجه نحو تطور واعد، وستحقق إنجازات عظيمة وتفيد البشرية. حتى الآن، تم اكتشاف ودراسة أكثر من عشرة أنظمة من سبائك الذاكرة، منها Au-Cd، Ag-Cd، Cu-Zn، Cu-Zn-Al، Cu-Zn-Sn، Cu-Zn-Si، Cu-Sn، Cu-Zn-Ga، In-Ti، Au-Cu-Zn، NiAl، Fe-Pt، Ti-Ni، Ti-Ni-Pd، Ti-Nb، U-Nb، وFe-Mn-Si وغيرها.