2025/05/18

Краткое обсуждение характеристик памяти металлов

Памятный металл — это особый металлический материал, который после пластической деформации в определённом температурном диапазоне может восстанавливать свою исходную макроскопическую форму в другом температурном диапазоне. Впервые появился в 1970-х годах.

2025/05/08

Завод по производству нитей из никелево-титанового сплава представляет вам знания о сплавах с эффектом памяти формы

Разработка энергетики является важной областью применения сплавов с эффектом памяти формы. Сегодня завод по производству проволоки из никель-титанового сплава представляет вам знания о сплавах с эффектом памяти формы, давайте вместе познакомимся с ними!

2025/05/06

Основные применения памяти металлов

Промышленное применение металлов с памятью формы 1. Использование одностороннего эффекта памяти формы для одностороннего восстановления формы, например, трубные соединения, антенны, муфты и т.д. 2. Внешнее двустороннее восстановление памяти, то есть использование одностороннего эффекта памяти формы с помощью внешней силы. Может выполнять повторяющиеся действия при изменении температуры, например, термочувствительные элементы, роботы, терминалы и т.д. 3. Внутреннее двустороннее восстановление памяти, то есть использование двустороннего эффекта памяти. Выполняет повторяющиеся действия при повышении и понижении температуры, например, тепловые машины, нагревательные элементы и т.д. Однако такие применения имеют быстрое снижение памяти и низкую надежность, поэтому используются редко.

2025/04/26

Происхождение памяти сплава

В 1932 году швед Оланд впервые наблюдал эффект "памяти" в золото-кадмиевом сплаве, то есть после изменения формы сплава при нагревании до определённой температуры перехода он магическим образом возвращался к исходной форме. Сплавы с такой особой функцией называют сплавами с эффектом памяти формы. Разработка сплавов с памятью формы ведётся всего около 20 лет, но благодаря их уникальным свойствам в различных областях они привлекают широкое внимание и считаются "волшебными функциональными материалами". В 1963 году Биллер из Военно-морского арсенала США обнаружил, что в определённом температурном диапазоне выше комнатной температуры никель-титановая проволока, сформированная в пружину, после вытягивания в холодной воде или формовки в квадрат, треугольник и другие формы, при помещении в горячую воду выше 40 ℃ возвращается к исходной пружинной форме. Позже было обнаружено, что и другие сплавы обладают подобными свойствами. Такие сплавы называют сплавами с эффектом памяти формы. Каждый сплав с эффектом памяти формы, состоящий из определённых элементов в определённом соотношении, имеет температуру перехода; при нагревании выше этой температуры сплав формуют, затем охлаждают ниже температуры перехода, искусственно изменяют форму, а при повторном нагревании выше температуры перехода сплав автоматически возвращается к первоначальной форме. Ещё в эпоху династии Цинь в Китае существовали металлы с памятью, например, мечи Цинь и короля Го Цзянь из Юэ. В 1969 году эффект памяти формы никель-титанового сплава впервые был применён в промышленности. Был использован уникальный соединительный элемент для труб. Для соединения двух металлических труб выбирали сплав с температурой перехода ниже рабочей температуры, изготавливали короткую трубку с внутренним диаметром немного меньше внешнего диаметра соединяемых труб при температуре выше температуры перехода, затем при охлаждении ниже температуры перехода расширяли внутренний диаметр, соединяли трубы, а при нагревании до температуры перехода соединитель автоматически сжимался, обеспечивая прочное и плотное соединение. В США такой никель-титановый соединитель использовался в гидравлической системе одного из реактивных истребителей и никогда не давал течей, отрывов или повреждений. 20 июля 1969 года астронавты США на лунном модуле "Аполлон-11" впервые оставили следы человеческих ног на Луне и передавали информацию между Луной и Землёй через полусферическую антенну диаметром несколько метров. Как же эта огромная антенна была доставлена на Луну? Она была изготовлена из сплава с эффектом памяти формы: сначала при температуре выше температуры перехода её сформовали по заданной форме, затем охладили и сжали в комок для транспортировки на лунный модуль. После установки на Луне и под воздействием солнечного света, достигнув температуры перехода, антенна "вспомнила" свою первоначальную форму и превратилась в огромную полусферу. Учёные добавляли в никель-титановые сплавы другие элементы, разрабатывая новые сплавы с эффектом памяти формы, такие как никель-медь-титан, никель-железо-титан, никель-хром-титан и другие; кроме того, существуют и другие виды сплавов с эффектом памяти формы, например, медно-никелевые, медно-алюминиевые, медно-цинковые, железные сплавы (Fe-Mn-Si, Fe-Pd) и др. Сплавы с эффектом памяти формы имеют широкие перспективы применения в биоинженерии, медицине, энергетике и автоматизации.

2025/04/26

NASA использует память формы сплава для создания нового складного крыла

По сообщениям зарубежных СМИ, NASA рассматривает складывающиеся крылья как ключевую авиационную технологию будущего космических полётов. Чтобы достичь этой цели, космическое агентство начало поиск передового, лёгкого сплава с памятью формы. Недавно появился подходящий вариант — новый сплав, разработанный в рамках проекта Spanwise Adaptive Wing, который позволяет управлять поверхностью крыла и изменять его форму без необходимости использования тяжёлых гидравлических систем. Крылья самолётов прошли долгий путь развития — от первоначальных конструкций из ели и парусины до современных всё более сложных материалов. Несмотря на значительные технические обновления, их эффективность остаётся ограниченной. Если крыло сможет стать более «резиновым», то оно сможет принимать различные формы, что позволит адаптироваться к разным условиям полёта. На самом деле эта идея появилась давно, но проблема заключалась в том, что гидравлические механизмы для складывающихся крыльев были слишком громоздкими и энергозатратными, что нивелировало их преимущества. В связи с этим исследовательские центры NASA — Armstrong Flight Research Center, Glenn Research Center, Langley Research Center, а также исследовательский отдел Boeing и компания Area-I Inc совместно разрабатывают тормозной механизм, который сможет заменить существующие гидравлические системы и двигатели, снизив вес на 80% и работая на основе сплава с памятью формы. Недавно NASA провела серию летных испытаний на высохшем озере Роджерс в Эдвардс, Калифорния. В ходе испытаний использовался прототип исследовательского самолёта с дистанционным управлением (PTERA). Известно, что крылья PTERA могут складываться в диапазоне от 0 до 70 градусов во время полёта. Помимо углеродных композитных материалов, этот беспилотник оснащён большим количеством телеметрического оборудования и датчиков. Обычно сплавы с памятью формы деформируются при нагревании. В ходе испытаний нагревательные трубки на крыле позволяли изгибать его концы вверх или вниз. Технический специалист из исследовательского отдела Boeing Джим Мэйб отметил, что новый сплав, разработанный совместно с NASA, показал отличные характеристики: от начальных этапов тестирования до летных испытаний материал демонстрировал стабильность и превосходил все ранее разработанные материалы. Согласно информации NASA, в будущем складывающиеся крылья смогут стать легче, проще, тоньше, стабильнее и экономичнее. Кроме того, они облегчат сверхзвуковые полёты.

2025/04/26

Памятные сплавные шины Новая технологическая революция

11 декабря 2017 года Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) представило бескамерную шину, изготовленную из сплава с памятью формы. Она не только легче, прочнее и безопаснее, но и может использоваться на различных сложных типах местности. В будущем такие шины, помимо применения в марсианских исследовательских миссиях, могут стать заменой традиционным шинам и использоваться на Земле. NASA сообщает, что этот революционный продукт под названием «суперэластичная шина» (Superelastic Tire) был разработан совместно исследовательским центром Гленна (Glenn Research Center) NASA и компанией Goodyear. Его вдохновением послужили шины лунохода, использовавшиеся в программе «Аполлон». Использование сплава с памятью формы в качестве радиальных элементов также увеличивает грузоподъемность шины. По сравнению с традиционными шинами, «суперэластичная шина» снижает вероятность прокола, что улучшает безопасность движения. Кроме того, конструкция этой шины уменьшает потребность во внутреннем каркасе, что упрощает сборку и снижает вес шины. Также она может снижать энергию, передаваемую на транспортное средство во время работы. Помимо установки на марсоход Curiosity для космических миссий, такие шины могут применяться на различных транспортных средствах и самолетах на Земле, включая военную технику, обычные автомобили, тяжелую технику, сельскохозяйственные машины, внедорожники и другие, чтобы соответствовать требованиям различных типов местности. В настоящее время шины Curiosity изготовлены из твердого алюминия, который, хотя и прочен, не способен предотвратить проколы или повреждения протектора. «Суперэластичные шины» позволят таким исследовательским аппаратам, как Curiosity, перевозить более тяжелое оборудование и исследовать более обширные территории на Марсе или Луне. «Суперэластичные шины» изготовлены из сплава с памятью формы и обеспечивают плавное движение по неровной поверхности. При встрече с выступающими камнями или другими препятствиями шина временно деформируется, а затем восстанавливает свою первоначальную форму без постоянных повреждений.

2025/04/26

Прогресс в разработке сплавов с памятью формы идет быстро, медицинская область становится основным рынком применения

В цепочке производства сплавов с эффектом памяти формы основными сырьевыми материалами на верхнем уровне являются титан, медь, железо и другие металлы; благодаря эффекту памяти формы, сверхэластичности, высокой демпфирующей способности и электрическим свойствам, эти сплавы трудно заменить другими материалами. Их основные отрасли применения включают биомедицину, авиационно-космическую промышленность, машиностроение и электронику, строительство мостов, автомобилестроение и другие сферы, что обеспечивает широкий спектр применения. Хотя сплавы с эффектом памяти формы широко используются, потребности и требования к характеристикам продукции в различных отраслях значительно различаются. Компании, производящие такие сплавы, разрабатывают специализированные продукты, ориентируясь на потребности конкретных рынков. С точки зрения патентных технологий, с 2009 года количество заявок на патенты в китайской индустрии сплавов с эффектом памяти формы растет, достигнув пика в 2016 году с 676 заявками. Несмотря на небольшое снижение в 2017 году, общий рост очевиден. Отрасль находится в стадии быстрого развития, и компании активно разрабатывают новые продукты для удовлетворения спроса на нижних уровнях рынка. По классификации патентов в области сплавов с эффектом памяти формы, наибольший рынок исследований и разработок — медицина, ветеринария и здравоохранение, на которые приходится около 22% всех патентов. В настоящее время внутренний рынок сплавов с эффектом памяти формы в Китае в основном применяется в медицине, автомобилестроении, робототехнике, авиации и других областях. В 2017 году объем рынка составил около 5,68 млрд юаней, из которых на медицинское применение пришлось 4,35 млрд юаней; остальные области (автомобили, роботы, авиация и т.д.) — 1,33 млрд юаней. Более детально, биомедицина является основным рынком для сплавов с эффектом памяти формы; эти сплавы широко используются в медицинских приборах, включая стоматологию, торакальную хирургию, гепатобилиарную хирургию, урологию, гинекологию, кардиологию, нейрохирургию и ортопедическую хирургию. Рост расходов на медицинское обслуживание и увеличение числа операций способствуют росту рынка сплавов с эффектом памяти формы. В последние годы с повышением уровня доходов населения и старением структуры населения в стране, расходы на медицинское обслуживание растут ежегодно. За период с 2013 по 2017 год расходы населения на медицинское обслуживание выросли на 59%, в то время как ВВП вырос всего на 39%, что превышает почти на 20 процентных пунктов; одновременно количество госпитализированных пациентов, проходящих операции, увеличилось на 55% за период с 2013 по 2016 год, что свидетельствует о растущем спросе на хирургические вмешательства и прогнозирует сохранение высокого темпа роста. Медицинское применение сплавов с эффектом памяти формы в основном связано с хирургическими процедурами. Поэтому количество операций является хорошим индикатором спроса на эти сплавы и отражает тенденции изменения спроса в отрасли. Постоянный рост расходов на медицинское обслуживание и числа операций свидетельствует о расширении возможностей развития биомедицинского применения сплавов с эффектом памяти формы в Китае и демонстрирует инвестиционную привлекательность отрасли. Наиболее широко в медицине применяется пористый никель-титановый сплав с эффектом памяти формы, который используется для замены и восстановления костей человека. Никель-титановый сплав обладает прочностью, сопоставимой с прочностью человеческих костей, а его пористая структура обеспечивает надежное сцепление с костью после имплантации, предотвращая ослабление или смещение имплантата из-за обволакивания волокнистой тканью. Превосходный эффект памяти формы по сравнению с другими материалами облегчает процесс имплантации, снижая сложность операции и уменьшая страдания пациента. В области биосовместимости никель-титановых сплавов проведено множество исследований, и новые материалы даже способствуют росту костной ткани, значительно снижая реакцию отторжения имплантата организмом.

2025/04/25

Применение и продвижение никель-титанового сплава с памятью формы в медицинской отрасли

Никель-титановые сплавы — это сплавы с эффектом памяти формы, которые способны автоматически восстанавливать свою пластическую деформацию при определенной температуре до исходной формы. Их коэффициент удлинения превышает 20%, усталостный ресурс достигает 10^7 циклов, демпфирующие свойства в 10 раз выше, чем у обычных пружин, а коррозионная стойкость превосходит лучшие медицинские нержавеющие стали, что позволяет удовлетворять различные инженерные и медицинские потребности. Это очень ценный функциональный материал. Помимо уникальной функции памяти формы, сплавы с памятью формы обладают износостойкостью, коррозионной стойкостью, высокой демпфирующей способностью и сверхэластичностью. Особые свойства никель-титанового сплава: 1. Память формы (shape memory): эффект памяти формы проявляется, когда материнская фаза при охлаждении с температуры выше Af до температуры ниже Mf превращается в мартенсит, который деформируется при температуре ниже Mf, а при нагревании до температуры выше Af происходит обратное фазовое превращение, и материал автоматически восстанавливает форму материнской фазы. Это тепловой фазовый переход. 2. Сверхэластичность (superelastic): сверхэластичность — это способность образца при внешнем воздействии испытывать деформацию, значительно превышающую предел упругости, с последующим автоматическим восстановлением формы при снятии нагрузки. В материнской фазе под действием внешнего напряжения происходит индуцированное напряжением мартенситное превращение, что приводит к механическому поведению, отличному от обычных материалов. Предел упругости значительно выше, и закон Гука не соблюдается. В отличие от памяти формы, сверхэластичность не связана с тепловыми процессами. Сверхэластичность делится на линейную и нелинейную (фазовую псевдоэластичность). Нелинейная сверхэластичность связана с индуцированным напряжением мартенситным превращением и обратным превращением при нагревании выше Af. Псевдоэластичность никель-титанового сплава достигает около 8%. Сверхэластичность изменяется в зависимости от условий термообработки и снижается при нагреве выше 400°C. 3. Чувствительность к изменениям температуры во рту: ортодонтические проволоки из нержавеющей стали и CoCr-сплавов практически не зависят от температуры полости рта. Сверхэластичные никель-титановые проволоки изменяют силу коррекции в зависимости от температуры. При постоянной деформации повышение температуры увеличивает силу коррекции, что ускоряет движение зубов за счет стимуляции кровотока в зонах капиллярного застоя, улучшая питание и функцию клеток восстановления. Однако ортодонты не могут точно контролировать или измерять силу коррекции в полости рта. 4. Коррозионная стойкость: исследования показывают, что коррозионная стойкость никель-титановых проволок сопоставима с нержавеющей сталью. 5. Антитоксичность: химический состав сплава содержит около 50% никеля, известного канцерогенного и промотирующего канцерогенез вещества. Однако оксидный слой титана на поверхности действует как барьер, обеспечивая хорошую биосовместимость, подавляя выделение никеля. 6. Мягкая сила коррекции: коммерчески применяемые ортодонтические проволоки включают аустенитную нержавеющую сталь, кобальт-хром-никелевые сплавы, никель-хромовые сплавы, австралийские сплавы, золотые и титановые сплавы. Никель-титановые проволоки имеют наиболее ровную и низкую платформу разгрузочной кривой, обеспечивая длительную и мягкую силу коррекции. 7. Хорошие демпфирующие свойства: вибрации от жевания и ночного скрежета зубами вызывают повреждения корней и пародонта. Исследования показывают, что амплитуда вибраций нержавеющей стали выше, чем у сверхэластичного никель-титанового сплава, у которого амплитуда вибраций вдвое меньше. Хорошие демпфирующие свойства проволок важны для здоровья зубов, в то время как традиционные проволоки из нержавеющей стали могут усиливать резорбцию корней. Клиническое применение никель-титановых проволок: 1. Раннее выравнивание зубного ряда: благодаря сверхэластичности и памяти формы, а также низкой кривой напряжение-деформация, никель-титановые проволоки часто используются на начальных этапах ортодонтического лечения, значительно снижая дискомфорт пациента. Существуют различные техники прямой дуги, например, MBT рекомендует 0,016-дюймовую термоактивированную проволоку (HANT), DEMON — медьсодержащую термоактивированную проволоку с температурой фазового перехода около 40°C, O-PAK — 0,016-дюймовую сверхэластичную проволоку для раннего выравнивания. 2. Никель-титановые пружины: пружины с сверхэластичностью никель-титанового сплава используются для создания зазоров и перемещения зубов в разных направлениях. Растяжение пружины на 1 мм создает силу около 50 г. Они обеспечивают мягкую, стабильную и длительную ортодонтическую силу с минимальным спадом, что соответствует физиологическим требованиям. По сравнению с нержавеющей сталью, сила коррекции у никель-титановых пружин в 3,5-4 раза выше, что снижает боль, уменьшает количество визитов и сокращает время лечения. 3. Дуга L-H: разработана японским доктором Сомой и производится компанией Tomy. "LH" означает "Low Hysteresis" — низкий гистерезис, то есть разница между напряжением при активации дуги и при восстановлении формы минимальна. Это обеспечивает низкую нагрузку и постоянную мягкую силу. Кривая напряжение-деформация имеет низкий начальный наклон, что указывает на низкую жесткость. Высокое содержание титана в составе делает ее титаново-никелевой проволокой с хорошими демпфирующими свойствами. Проволока L-H может быть согнута и термообработана для фиксации формы, что позволяет использовать ее на всех этапах лечения. В клинике L-H проволоки применяются для расширения дуги, коррекции открытого прикуса, асимметрии и обратного прикуса с хорошими результатами. Часто используется в сочетании с J-крюками для усиления жесткости. Хотя техника MEAW также эффективна, сложность изготовления дуг отпугивает многих врачей, поэтому некоторые предпочитают использовать качающуюся дугу L-H с вертикальным тягом передних зубов. Однако в отличие от MEAW, где каждый зуб можно индивидуально настраивать, качающаяся дуга представляет собой непрерывную проволоку без возможности сгибания. Использование L-H дуги с последующим изгибом внутри рта дает хорошие результаты.

2025/04/24

Применение памяти сплава

Память металла, благодаря своей способности восстанавливаться более миллиона раз, часто называют "живым сплавом". Именно потому, что память металла — это "живой сплав", используя изменение формы при определенной температуре, можно создавать разнообразные саморегулирующиеся устройства, и его применение постоянно расширяется. Применение в механике Память металла широко используется. Например, в механике — фиксирующие штифты, трубные соединения; в электронных приборах — пожарные сигнализаторы, разъемы, пайка интегральных схем; в медицине — искусственные сердечные клапаны, корректоры позвоночника, реконструкция черепа, ортодонтические и челюстно-лицевые операции. Он также проявит чудодейственные свойства в спутниковой связи, цветных телевизорах, терморегуляторах и игрушках, станет новым материалом в современных мореплавании, авиации, космонавтике, транспорте, легкой промышленности и других областях. Память металла уже используется для соединения труб и автоматического управления: из него делают муфты, заменяющие сварку. При низкой температуре концы труб расширяют примерно на 4%, соединяют, а при нагревании муфта сжимается и восстанавливает форму, обеспечивая плотное соединение. В гидравлических системах самолетов ВМС США применено 100 тысяч таких соединений, которые за многие годы не протекали и не ломались. Поврежденные трубы кораблей и подводных нефтяных месторождений легко ремонтируются с помощью деталей из памяти металла. В труднодоступных местах делают штифты из памяти металла, которые при нагревании в отверстии автоматически раскрываются и фиксируются. Применение в медицине Память металла также привлекает внимание в медицине. Например, пластины для сращивания костей не только фиксируют сломанные участки, но и при восстановлении формы создают сжимающее усилие, способствуя сращению. Ортодонтические проволоки, зажимы для перевязки аневризм мозговых артерий и семявыносящих протоков, поддерживающие пластины для выпрямления позвоночника — все они активируются теплом тела после имплантации. Фильтры для тромбов — новый продукт из памяти металла. Введенный в вену в выпрямленном виде, фильтр постепенно восстанавливает сетчатую форму, препятствуя прохождению 95% тромбов к сердцу и легким. Искусственное сердце — более сложный орган, где мышечные волокна из памяти металла сочетаются с эластичной мембраной желудочка, имитируя сокращения сердца. Уже достигнут успех в перекачивании воды. Поскольку память металла — это "живой сплав", используя изменение формы при определенной температуре, можно создавать разнообразные саморегулирующиеся устройства, и его применение постоянно расширяется. Применение в космических технологиях Самое вдохновляющее применение памяти металла — в космических технологиях. 20 июля 1969 года лунный модуль "Аполлон-11" совершил посадку на Луну, осуществив мечту человечества о первом путешествии на Луну. После высадки астронавты установили на Луне полусферическую антенну диаметром несколько метров для передачи и приема информации с Земли. Эта антенна, размером в несколько метров, была доставлена в маленьком лунном модуле. Она была изготовлена из недавно изобретенного сплава с памятью формы. Сначала из очень тонкого материала сделали антенну в нормальном состоянии, затем охладили и сжали в комок, упаковали в модуль и отправили в космос. На поверхности Луны, под воздействием солнечного света, температура поднялась, и при достижении температуры перехода антенна "вспомнила" свою первоначальную форму, превратившись в огромную полусферу. Другие применения В настоящее время эффект памяти формы и сверхэластичность широко применяются в медицине и повседневной жизни: изготовление фильтров для тромбов, корректоров позвоночника, пластин для сращивания костей, искусственных суставов, женского бюстгальтера, искусственного сердца и т.д. Они также широко используются в различных автоматических регуляторах и устройствах управления. Пленки и тонкие проволоки с памятью формы могут стать идеальным материалом для будущих сверхминиатюрных механических рук и роботов. Особенно ценятся за легкость, высокую прочность и коррозионную стойкость. Если заранее изготовленный сплав никель-титан в форме "ICE" случайно деформировать, достаточно погрузить его в горячую воду, и он сразу восстановит исходную форму. Сплав никель-титан, предварительно сформированный и смешанный в равных частях, при медленном нагреве до 400 градусов Цельсия в течение десяти минут навсегда сохраняет эту форму (называемую высокотемпературной аустенитной фазой). Основная причина в том, что при медленном нагреве каждый атом металла имеет достаточно времени, чтобы заполнить все пустоты, и структура становится максимально плотной. Такой сплав в твердом состоянии коммерчески называется памятью металла. Если память металла деформируется под воздействием внешних факторов (состояние, допускающее произвольное скручивание и деформацию, называется мартенситным), при небольшом нагреве выше температуры фазового перехода пустоты заполняются, и сплав восстанавливает исходную форму — этот процесс называется эффектом памяти формы. Металлические внутренние фиксаторы для коррекции позвоночника с эффектом памяти формы.

2025/04/24

Перспективы применения высокотехнологичных сплавов с памятью формы

XX век был эпохой мехатроники. Сенсор — интегральная схема — привод — это самый типичный механический электронный управляющий система, но она сложна и громоздка. Материалы с эффектом памяти формы обладают двойной функцией сенсора и привода, что позволяет миниатюризировать и интеллектуализировать управляющие системы, такие как голографические роботы и микромеханические манипуляторы миллиметрового размера. XXI век станет эпохой материаловедения электроники. Движения роботов из сплавов с памятью формы не зависят от условий окружающей среды, кроме температуры, что обещает широкое применение в высокотехнологичных областях, таких как реакторы, ускорители и космические лаборатории. Говоря о сплавах с памятью, конечно, нужно упомянуть самый интересный сплав — сплав с памятью формы. Память металла — это случайное открытие: в начале 60-х годов исследовательская группа ВМС США получила из склада несколько нитей никель-титанового сплава для экспериментов. Они обнаружили, что эти нити были изогнуты и неудобны в использовании, поэтому выпрямили каждую нить. Во время испытаний произошло странное явление: при повышении температуры до определённого значения эти выпрямленные нити никель-титанового сплава внезапно возвращались в исходное изогнутое состояние. Наблюдательные исследователи повторили эксперименты несколько раз и подтвердили, что эти тонкие нити действительно обладают «памятью». Это открытие вызвало большой интерес в научном сообществе, и многие учёные провели глубокие исследования. Было обнаружено, что медно-цинковые, медно-алюминиево-никелевые, медно-молибденово-никелевые, медно-золото-цинковые сплавы также обладают этим удивительным свойством. В определённых пределах можно изменять форму этих сплавов по необходимости, а при достижении определённой температуры они автоматически возвращаются к своей первоначальной форме. Этот процесс «изменения — восстановления» можно повторять многократно, и независимо от изменений, сплавы всегда «помнят» свою форму и при достижении этой температуры точно восстанавливают её. Это явление называется эффектом памяти формы, а металлы с таким эффектом — сплавами с памятью формы, или просто сплавами с памятью. Почему эти сплавы обладают эффектом памяти формы? Как они запоминают свою исходную форму? Традиционные теории металлических связей и свободных электронов не могут объяснить этот эффект. Сплавы с памятью формы при определённых температурах возвращаются к исходной форме, что является отличным примером движения внешних электронов, изменяющегося с температурой. Сплавы формируются при высоких температурах в жидком состоянии, где происходит взаимное растворение металлов. Из-за структурных особенностей жидких металлов элементы равномерно распределяются друг с другом, и после затвердевания их микроструктура представляет собой упорядоченное расположение различных структурных элементов в определённой пропорции. Электромагнитные силы, возникающие из-за движения валентных электронов, являются основной силой сцепления в сплаве. Электромагнитные силы зависят от скорости движения электронов, которая меняется с температурой, поэтому внутренние силы металла (величина, направление, точка приложения) также изменяются с температурой. Эти изменения незначительны при малых перепадах температуры, но проявляются при больших изменениях (сотни градусов Цельсия). Обычные металлы при деформации испытывают пластическую деформацию: например, если согнуть железную проволоку, электромагнитные силы в месте сгиба изменяются под воздействием внешних сил, вызывая небольшие изменения в движении валентных электронов, что приводит к пластической деформации. В сплавах с памятью формы различные структурные элементы равномерно смешаны, и хотя размеры элементов и величина электромагнитных сил различны, каждый элемент ускоряет движение своих валентных электронов, достигая равновесия при определённой температуре. При воздействии внешних сил электромагнитные силы нарушаются, и движение валентных электронов изменяется, вызывая пластическую деформацию. В этой деформации часть электронов находится в нерасширенном состоянии. При изменении температуры скорость электронов меняется, и при возвращении температуры к равновесному значению (температуре перехода) нерасширенные электроны быстро возвращаются к исходной скорости, электромагнитные силы изменяются, и соседние структурные элементы также корректируют движение электронов, восстанавливая исходное состояние. Так происходит процесс памяти сплава. На самом деле память металлов была обнаружена давно: если согнуть прямую железную проволоку под углом 90°, она немного возвращается, образуя угол больше 90°. Чтобы выпрямить изогнутую проволоку, нужно согнуть её более чем на 180°, а затем отпустить, тогда она вернётся в прямое состояние — это китайская пословица о чрезмерной коррекции. Ещё лучше память имеют пружины (стальные пружины, сталь — это железоуглеродистый сплав). Пружина надёжно запоминает свою форму и сразу возвращается к ней после снятия внешней силы, но у пружин широкий температурный диапазон памяти, в отличие от сплавов с памятью формы, у которых есть определённая температура перехода, что даёт им особые функции. Используя деформацию сплавов с памятью формы при определённой температуре, можно создавать различные температурные устройства, такие как температурные контроллеры, клапаны и соединения трубопроводов. Уже созданы автоматические пожарные краны: при повышении температуры памяти сплав деформируется, открывая клапан и подавая воду для тушения пожара. Созданы соединения механических деталей и трубопроводов, например, в системах дозаправки самолётов в воздухе используется сплав с памятью формы: после соединения масляных трубок нагревом изменяют температуру, деформируя сплав и обеспечивая плотное соединение без протечек. Созданы самораскрывающиеся антенны площадью несколько сотен квадратных метров для космических станций: на Земле их изготавливают в форме параболы или плоской поверхности, сворачивают в компактный узел, доставляют в космос, где при изменении температуры антенна разворачивается в исходную форму и размер. В настоящее время существует несколько десятков видов сплавов с памятью формы, которые применяются в авиации, военном деле, промышленности, сельском хозяйстве и медицине, и их развитие имеет большие перспективы, обещая значительные достижения и пользу для человечества. Исследования и открытия сплавов с памятью формы включают более десяти систем, таких как 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 и Fe-Mn-Si.