Materiali polimerici resistenti alla corrosione a memoria di forma Parte 1

Le leghe a memoria di forma, materiali in grado di deformarsi e mantenere la deformazione e inoltre in grado di ritornare alla posizione iniziale, sono apprezzate per una gamma di applicazioni dagli attuatori ai microdispositivi flessibili.

La memoria di forma e la memoria sono strettamente correlate e la relazione tra loro può influenzare i risultati del nostro apprendimento e la qualità della vita.

La memoria di forma si riferisce alla nostra capacità di riconoscere caratteristiche come forma, dimensione, posizione e colore degli oggetti attraverso la memoria visiva. È molto importante nella nostra vita quotidiana perché influenza la nostra capacità di percepire ed elaborare le cose. Ad esempio, se riusciamo a identificare con precisione diversi orientamenti, dimensioni e forme dello stesso oggetto, possiamo cogliere meglio le proprietà e le caratteristiche dell'oggetto.

La memoria si riferisce alla capacità del nostro cervello di salvare e recuperare informazioni, esperienze e conoscenze. La qualità della memoria influenzerà direttamente il nostro rendimento scolastico o la qualità della vita. Ad esempio, una persona con una buona memoria può ricordare meglio cose e informazioni importanti, e quindi gestire meglio il tempo e organizzare le cose.

Sebbene siano due abilità diverse, la connessione tra loro è innegabile. Avere una buona capacità di memoria di forma può aiutarci ad apprendere e ricordare in modo più efficace perché la memoria visiva è uno dei modi principali con cui gli esseri umani acquisiscono nuove informazioni e conoscenze. Ad esempio, quando impariamo nuove parole o termini professionali, possiamo ricordarli efficacemente attraverso la memoria di forma.

Inoltre, la memoria di forma può anche esercitare la nostra memoria, perché migliorare la capacità di memoria di forma attraverso l’allenamento non solo rafforzerà le connessioni tra le aree del cervello, ma promuoverà anche la crescita e lo sviluppo delle cellule nervose nel cervello. Pertanto, la memoria di forma e la memoria possono rafforzarsi a vicenda, aiutandoci in definitiva a completare meglio i compiti e raggiungere gli obiettivi.

In breve, memoria di forma e memoria sono strettamente correlate e si sostengono e si promuovono a vicenda. Pertanto, è necessario stabilire buone abitudini di apprendimento e di vita, esercitarsi costantemente per modellare la memoria e la memoria e trarne una migliore esperienza di apprendimento e di vita. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese che ha molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia di Cistanche deserticola deriva dai numerosi principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello attraverso una varietà di percorsi.

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Il mantenimento delle proprietà che le rendono utili e la loro capacità di deformarsi e riformarsi richiede che le leghe a memoria di forma siano protette dalla corrosione, in cui l'integrazione di polimeri a memoria di forma può fungere da mezzo di protezione.

Pertanto, questa recensione intende evidenziare l'utilità dei polimeri a memoria di forma autoriparanti come mezzo di inibizione della corrosione.

Pertanto, questa recensione discute i vantaggi dell'utilizzo di polimeri a memoria di forma autoriparanti per la protezione della memoria di forma, diversi tipi di polimeri autoriparanti che potrebbero essere utilizzati, mezzi per migliorare o adattare i polimeri a usi specifici e prospettive nella progettazione di un polimero a memoria di forma. per l'uso nell'inibizione della corrosione.

1. Introduzione
I compositi, o materiali che contengono due o più parti chimicamente distinte che vengono combinate macroscopicamente per formare un nuovo materiale con proprietà compositive superiori a quelle dei materiali costituenti, sono una componente chiave della vita quotidiana moderna, dagli edifici in cui le persone vivono ai veicoli utilizzati.

Pertanto, il miglioramento e la creazione di nuovi compositi è fondamentale per l'ulteriore progresso verso materiali più resistenti, migliori e più rispettosi dell'ambiente. Pertanto, lo sviluppo di compositi intelligenti o compositi avanzati che hanno la capacità di "rilevare" e rispondere ad alcune influenze esterne è di espresso interesse nell'affrontare l’elenco sempre crescente di richieste che i materiali che utilizziamo devono soddisfare [1].

Un'area particolarmente interessante di sviluppo dei compositi comprende compositi in grado di mostrare qualcosa chiamato effetto memoria di forma, in cui il materiale è in grado di spostarsi e mantenere una posizione temporanea, da una forma di base permanente come risultato di alcuni stimoli esterni che agiscono su di esso, e poi ritornare alla base. forma sotto le sue capacità [2], che può essere vista nella Figura 1.

Come mostrato dal grafico sopra, lo stress indotto da alcuni stimoli, che, a seconda del materiale, potrebbero essere radiazioni elettromagnetiche, acqua, pH, temperatura o persino un campo magnetico, provoca un cambiamento fisico del materiale in una determinata posizione e può anche innescarlo per tornare alla posizione originale [2, 4]. Questa applicazione di stress sul materiale provoca la deformazione del materiale al punto che il materiale mantiene una posizione sotto tensione costante.

Se la deformazione continua ad aumentare, può raggiungere un punto in cui avviene la reversione e il materiale della memoria di forma ritorna alla sua forma permanente iniziale [3]. Questa capacità li rende desiderabili per macchinari e apparecchiature come attuatori, microdispositivi e apparecchiature biomediche o nell'industria aerospaziale per strutture leggere e dispiegabili [5] o per altri usi in cui il controllo di forma e posizione, il controllo delle vibrazioni e dell'acustica o la resistenza agli urti può essere desiderabile dal composito [6].

Una preoccupazione fondamentale nello sviluppo delle leghe a memoria di forma sono gli effetti della corrosione sui materiali in quanto può portare alla perdita di proprietà ed efficacia del materiale.

2. Compositi a memoria di forma: leghe

Le leghe a memoria di forma sono una combinazione di metalli progettati per mostrare effetti di memoria di forma attraverso una trasformazione della martensite indotta da stress in cui la fase FCC madre si trasforma in una fase HPC [7].

Elaborando ulteriormente, le leghe a memoria di forma mostreranno effetti di memoria di forma attraverso trasformazioni di fase indotte, dove si spostano da una fase austenite ad alta temperatura, in cui la lega è più malleabile alla deformazione, ma il raffreddamento o l'applicazione di stress la riporta a una fase a temperatura inferiore, nota come fase martensite [8]. Le preoccupazioni relative alle proprietà dei materiali per le leghe a memoria di forma si concentrano in particolare sulla capacità della lega di riprendersi dalle deformazioni.

Quando si determina il tasso di recupero di una lega a memoria di forma, microscopicamente parlando, si considera una funzione della dimensione del grano rispetto alla dimensione della lega; ciò implica che la dimensione del grano è importante per una lega a memoria di forma; se diminuisce, si verifica un incrudimento a causa dello spazio libero delle dislocazioni che scorrono prima dell'interazione con i bordi di grano, diminuendo e provocando deformazione plastica e inibisce la trasformazione della martensite e il recupero della deformazione.

Tipicamente, maggiore è il numero di impurità presenti in un sistema, minore è la dimensione dei grani, a causa delle particelle disperse che provocano un effetto di blocco dei bordi dei grani[9].

Tuttavia, il recupero della forma delle leghe può essere testato e determinato più facilmente tramite prove di flessione in cui la lega viene piegata ad un certo angolo sotto una certa deformazione massima, e quindi il recupero può essere indotto riscaldando ad una temperatura specifica per la lega e successivamente lasciandola raffreddare. atemperatura ambiente, che consente di calcolare il rapporto di memoria di forma in base all'angolo di ritorno del campione[7].

Nichel-titanio, rame e ferro costituiscono la base di alcune delle più comuni leghe a memoria di forma [10, 11]; una breve panoramica può essere trovata nella Tabella 1. Inoltre, le prestazioni delle leghe a memoria di forma possono essere migliorate attraverso l'aggiunta di elementi terziari o quaternari [9, 11].

Tipicamente, queste leghe a memoria di forma sono rinforzate con cromo, alluminio, nichel, manganese, rame, silicio, azoto o renio, ma l'aggiunta e la quantità di questi elementi nella lega possono rischiare di sacrificare la superelasticità della lega, soprattutto a temperatura ambiente. 9].

Per contrastare gli effetti negativi che l'aggiunta di questi additivi può avere sull'effetto memoria di forma, alcuni produttori utilizzano determinate tecniche; l'invecchiamento è una tecnica utilizzata per migliorare il rapporto di memoria di forma di una lega a memoria di forma, in cui la lega metallica viene trattata ad alta temperatura per un periodo prolungato; ad esempio, una lega a memoria di forma a base di ferro è stata testata da Yongren et al. per avere un rapporto base di memoria di forma pari a 0,2, ma dopo 4 ore di invecchiamento, il rapporto di recupero della forma è salito a circa 0,6. Sfortunatamente, il processo di invecchiamento riduce la capacità della lega di formare uno strato passivante, quindi una lega invecchiata mostra una resistenza alla corrosione inferiore rispetto ad una lega non invecchiata; altri sviluppi darebbero buoni risultati in termini di resistenza alla corrosione e recupero della forma, ma questi metodi tendono ad essere costosi, difficili in termini di "addestramento" della lega per ottenere le forme desiderate, con conseguente basso stress di recupero e richiedono un'elevata temperatura di ricottura per innescare il recupero [7].

Un altro effetto dell'aggiunta di altri elementi ad una lega a memoria di forma è che le temperature di transizione di fase possono essere aumentate o diminuite, il che può anche servire a migliorare o alterare ulteriormente le proprietà meccaniche della lega.

Ad esempio, l'aggiunta di rame può consentire alle leghe di nichel-titanio di migliorare la loro stabilità per quanto riguarda il comportamento pseudoelastico, che è positivo per il carico meccanico ciclico. Tuttavia, l'effetto negativo di questa aggiunta fa sì che la lega diventi più suscettibile alla corrosione, poiché lo strato di ossido che che si forma sulla superficie è meno stabile e forma uno strato passivante più debole, che consente l'attacco corrosivo sulla lega [12], poiché il rame stesso non fornisce alcuna resistenza aggiuntiva alla corrosione della lega [13].

Ciò fa emergere il nocciolo della questione, in quanto le leghe a memoria di forma sono vulnerabili alla corrosione.

L'attacco di corrosione su una lega a memoria di forma si concentra sui bordi dei grani, in cui può verificarsi a livello intergranulare con vaiolatura che si sviluppa nelle vicinanze dei grani della lega a memoria di forma; è al confine del grano che precipitano gli elementi nella forma della lega, come il nichel.

Questa corrosione intergranulare che si verifica al confine del grano forma zone che riducono la resistenza alla corrosione e portano ad un ulteriore degrado delle proprietà [9]. È possibile contribuire a mitigare la corrosione aggiungendo elementi anticorrosione come cromo, cobalto, titanio o anche stagno in quantità molto piccole per formare una lega a memoria di forma quaternaria o terziaria come mezzo per migliorare la resistenza alla corrosione [14-16].

Tuttavia, l'aggiunta di questi elementi può avere altri effetti, potenzialmente indesiderati; ad esempio, il cromo migliora la resistenza alla corrosione della lega a memoria di forma in cambio di rendere la lega più fragile e abbassa le temperature di trasformazione[15], e come dimostra la Tabella 2, esso È possibile ottenere una resistenza alla corrosione comparabile se non maggiore senza l'aggiunta di elementi inibitori della corrosione.

In generale, quanto più bassa è la densità di corrente, o valore Icorr, tanto migliore è la protezione contro la corrosione; la tabella sopra elenca diversi valori Icorr, tre leghe a memoria di forma con elementi anticorrosione e due polimeri.

Le leghe mostrano una buona resistenza alla corrosione, mentre i polimeri hanno prestazioni migliori, se non superiori, rispetto alle leghe a memoria di forma nell'inibizione della corrosione. Pertanto, sarebbe altamente raccomandato applicare un rivestimento polimerico in grado di mostrare l'effetto memoria di forma per formare un composito a memoria di forma per preservare le proprietà meccaniche della lega a memoria di forma.

3. Compositi a memoria di forma: considerazioni sulle proprietà

Quando si determinano le proprietà o l’efficacia complessiva di un composito a memoria di forma, ci sono molti fattori da considerare; ad esempio, la velocità di recupero della forma è la capacità del composito a memoria di forma di rispondere a una forza esterna che ha provocato una deformazione della forma del composito[21], o l'indice di plasticità del composito, un rapporto tra la durezza e il modulo elastico, è utile per determinare la resistenza all'usura nell'attrito e quindi è utile, insieme alle proprietà funzionali dello strato di memoria, per aiutare a determinare lo stato strutturale del composito a memoria di forma in condizioni di attrito [22].

Tuttavia, quando si determina l’efficacia di un rivestimento composito nel prevenire la corrosione del materiale sottostante, un fattore chiave da considerare sarebbe l’idrofobicità della superficie.

L'idrofobicità di una superficie è legata alla diminuzione della velocità di corrosione del metallo attraverso la limitazione delle interazioni con elementi corrosivi, come l'acqua, e con i rivestimenti organici; ciò significa limitare il processo di diffusione dell'acqua al metallo sottostante [22, 23].

L'idrofobicità dipende dalle proprietà chimiche del rivestimento e dalla microstruttura della superficie del rivestimento, dove la ruvidità superficiale può aumentare l'idrofobicità del rivestimento [24] e può essere misurata determinando la bagnabilità della superficie. La bagnabilità è la spargibilità dell'acqua su una superficie solida, la cui efficacia è determinata dall'angolo di contatto dell'acqua, determinato dal modulo di Young [23], che può essere visto nella Figura 2.

Le leghe e i polimeri a memoria di forma sono stati ampiamente utilizzati e l'applicazione individuale di entrambi dipende dalle esigenze della situazione, in cui i polimeri vengono utilizzati rispetto alle leghe a causa della loro bassa densità, del loro basso costo, della capacità di controllare ciò che li innesca per il recupero, in larga misura della deformazione recuperabile a cui possono essere sottoposti e dell'ampio intervallo in cui è possibile adattare le loro temperature di risposta (tramite la manipolazione della temperatura di transizione vetrosa); ma vengono battuti dalle leghe a memoria di forma per ordini di grandezza maggiori quando la situazione richiede uno stress di recupero più elevato, tempi di recupero più brevi e una quantità molto maggiore di cicli che possono subire prima del cedimento [1] e hanno una migliore stabilità termica e un modulo elastico più elevato [8].

Vale la pena notare che le circostanze in gioco possono significare che ciò che normalmente sarebbe negativo in caso di utilizzo o meno, come i lunghi tempi di recupero dei polimeri a memoria di forma, può invece conferire un vantaggio nel loro utilizzo [1]. Esistono molti modelli diversi per prevederli le proprietà termomeccaniche di un materiale a memoria di forma.

Ad esempio, i polimeri a memoria di forma agiscono in parte come una molla e, come da Pan et al., un modello per determinare il comportamento termomeccanico di un polimero a memoria di forma rinforzato con particelle in 1D può essere mostrato come e ξ è la frazione volumetrica totale della martensite, ξS è lo stress -frazione volumetrica della martensite indotta, ξT è la frazione volumetrica della martensite indotta dalla temperatura, σ è la sollecitazione, D è il modulo di Young della lega a memoria di forma che dipende da ξ, ε è la deformazione, εl è la deformazione massima recuperabile, Θ è la frazione volumetrica della martensite coefficiente di espansione, T è la temperatura attuale e T0 è la temperatura di riferimento [27]. Questi modelli cercano di simulare risultati simili a quelli mostrati nelle Figure 3 e 4.

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