Могут ли металлы помнить?

Рассказывая о механических свойствах металлов, нельзя не остановиться на сплавах, обладающих памятью формы. Один из таких сплавов — нитинол, содержащий 55% никеля и 45% титана. Он впервые изготовлен в 1962 году, но его уникальные свойства были обнаружены позже, несколько лет спустя.

Выяснилось, что нитинол обладает интересной особенностью — так называемой термической памятью формы. Деталь из этого сплава «запоминает» форму, которую она имела при нагреве до определенной температуры и, будучи охлажденной и деформированной, воспроизводит эту форму при нагревании до «памятной» температуры.

Если проволоку из этого сплава нагреть до температуры 90−150 градусов, изогнуть в нагретом состоянии, охладить и распрямить (расплющить, согнуть иным образом, завязать узлом), то при повторном нагреве до температуры около 70 градусов она самопроизвольно восстановит форму, которую она имела в исходном нагретом состоянии.

Эффект памяти формы базируется на фазовых превращениях в заданном диапазоне температур.

Характер изменения формы изделия, полученного при деформации проволоки из сплава, обладающего памятью формы, зависит от температуры нагрева. Если последовательно нагревать проволоку до различных температур, каждый раз деформируя ее особым образом, затем охладить, распрямить и снова нагреть, то при определенной температуре она будет принимать соответствующую форму.

Памятью формы обладают и некоторые другие сплавы, например серебро с кадмием или цинком. Интересной особенностью этих сплавов является их способность окрашиваться при нагревании в красный цвет, причем окраска исчезает при медленном охлаждении и сохраняется при резкой закалке.

Эффект памяти формы обнаружен также у сплавов марганца с железом и кремнием, марганца с медью и марганца с никелем, золота с кадмием, циркония с палладием и у десятков других сплавов.

Есть много интересных предложений использования нитинола и других сплавов с эффектом памяти формы: самозакрепляющиеся заклепки, шплинты, самораспрямляющиеся антенны для космических станций, термореле и т. п.

Наиболее уместно применять их в местах, доступ к которым затруднен. Сплавы с памятью формы сегодня используют в различных областях, включая космонавтику, электронику, медицину. Они выгодно отличаются от термобиметаллов, так как срабатывают уже при незначительном изменении температуры.

Напряжения, развиваемые сплавом, стремящимся принять при нагревании первоначальную форму, могут достигать 1000 МПа. Поэтому сплавы с памятью формы целесообразно применять для подъема тяжелых грузов или для прямого преобразования тепловой энергии в механическую, например, в специальных двигателях.

Любопытное применение сплавы с памятью формы могут найти в автомобилестроении: если корпус автомобиля изготовить, например, из нитинола, то даже после сильной деформации его в результате аварии первоначальную форму корпуса легко восстановить, нагрев его.

Итак, металлы кое-что помнят. И помнят очень хорошо. Как не так давно выяснилось, похожими свойствами обладают и некоторые полимеры. Но об этом позже. Следите за публикациями.

А теперь я предлагаю вам подумать, где еще можно применить умные материалы с памятью формы. Дерзайте!