آلیاژهای حافظه دار: 
آلیاژهای حافظه دار گروه جدیدی از مواد هستند که اگر با ترکیب شیمیایی مشخّص تحت عملیات حرارتی مناسبی قرار گیرند ، توانایی بازگشت به شکل یا اندازه از قبل تعیین شده را از خود نشان می دهند.
در واقع آلياژهاي حافظه داراین توانایی را دارند كه اگر آنها را تا بالای دمای ویژه ای گرم كنیم ، قادر به بازیابی شكل اولیه خود خواهند بود.
همچنین این مواد قابلیت تبدیل انرژی گرمایی (الکتریکی) را به انرژی مکانیکی دارند واگر گرم وسرد کردن این آلیاژها با جریان الکتریکی کنترل شود؛ میتوان حرکتهای سیکلی با قابلیت تکرار در دفعات متوالی ایجاد کرد.

آلياژهاي حافظه دار دو مشخصه بي همتا از خود نشان مي دهند :

1: Shape Memory Effect (رفتار حافظه اي)
2: Pseudoelastic Behavior (رفتار شبه الاستيك)
ویژگی های دیگر این آلیاژها عبارت است از :
مقاومت به خوردگی بالا ، مقاومت ویژه الكتریكی نسبتا بالا، خواص مكانیكی نسبتا خوب ، خستگی طولانی ، شكل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن . مهمترین كاربرد این آلیاژها در صنایع هوا فضا و صنایع پزشكی است.
این آلیاژها در بیشتر موارد شامل Ni-Ti ، Cu-Zn-Al ، Cu -Al-Ni هستند كه در این مقاله آلیاژ Ni-Ti مورد بحث است .
در سال 1961 اثر حافظه داري شکل در آلياژ نيکل- تيتانيوم با درصد اتمي مساوي (50-50%) توسط بوهلر و در آزمايشگاه ناوال اوردنانس (Naval Ordanance Lab) کشف و تحت نام نيتينول (Nitinol) مشهور شد. دو حرف اول نيتينول در ارتباط با نيکل، دو حرف بعدي مربوط به عنصر تيتانيوم و سه حرف آخر در رابطه با آزمايشگاه ناول اوردنانس مي باشد. 



مکانيزم اصلي که خواص آلياژهاي حافظه دار را کنترل مي کند در رابطه با تغيير کريستالي آلياژ است. به اين معني که ساختار مارتنزيتي در دماي پايين با افزايش دما به ساختار آستنيتي تبديل مي شود و در هنگام سرد کردن؛ فرآيند عکس رخ خواهد داد. بسياري از مواد، استحاله مارتنزيتي دارند اما برتري که آلياژهاي حافظه دار را نسبت به آلياژهاي ديگر متمايز مي نمايد قابليت دو قلو شدن اين آلياژ در فاز مارتنزيت مي باشد. در حاليکه مواد ديگر به وسيله لغزش و حرکت نابجائيها تغيير شکل مي يابند، آلياژهاي حافظه دار به وسيله تغيير جهت ساده ساختار کريستالهاي خود و از طريق مرزهاي دو قلوئي به تنشهاي اعمال شده، عکس العمل نشان مي دهند. اگر در اين آلياژها در دماي پائين، هنگاميکه فاز مارتنزيت حاکم است، تغييرفرم پلاستيکي روي دهد، ساختار کريستالي دو قلو شده اي براي آلياژ ايجاد مي شود که ناشي از تغيير فرم پلاستيک مي باشد. با گرمکردن آلياژ تغيير فرم يافته تا دماي شروع فاز آستنيت ميتوان شکل اوليه را بازگرداند. اين توانائي بعنوان اثر حافظه- شکل خوانده ميشود و حاصل از تغيير فاز مارتنزيت در دماي پائين به فاز آستنيت در دماي بالا ميباشد. 

در پديده حافظه داري، نمونه در حالت كاملاً مارتنزيتي به مقدار معيني تغيير فرم داده مي شود سپس با گرم كردن نمونه و برگشت آن به حالت آستيني، شكل نمونه نيز به حالت اول خود بر گردد .




شكل (1) سيكل حرارتي مكانيكي توصيف كننده پديده حافظه داري شكلي 


1- تغيير حالت هاي مارتنزيتي و پديده حافظه دار شدن: 

تغيير حالت متالورژيكي جامدات از دو طريقه زير امكان پذير است .
1) حركت و جابجايي اتم ها وابسته به درجه حرارت و زمان با تغيير در تركيب شيميايي فاز جديد نسبت به زمينه قبلي.
2) تغيير آرايش اتمي به صورت هماهنگ وابسته به دما و بدون وابستگي به زمان و هيچگونه تغييري در تركيب شيميايي فاز جديد نسبت به زمينه قبلي .
تغيير حالت هاي مارتنزيتي به طريقه دوم مرتبط است و داراي مشخصات زير است:
1) تغيير مكان به صورت شبه برشي مي باشد و در آن اتم ها به صورت هماهنگ و گروهي جابجا مي شود. 
2) ديفوزيون اتمي در آن اتفاق نمي افتد. 
رفتار حافظه دار شدن كاملاً به مشخصه اول مرتبط بوده و نظم اتم هاي آلياژ نبايد به هم بخورد. 
2- كريستالوگرافي مارتنزيتي: 
تغيير حالت تبديل آستنيت به مارتنزيت از لحاظ كريستالوگرافي در سه مرحله قابل بررسي است .
1- تغيير فرم شبكه اي 
2- برش ناهمگن 
3- دوران شبكه اي 
فرآيند تبديل آستنيت به مارتنزيت در مرحله تغيير فرم شبكه اي در شكل 2 نشان داده شده است . در اين مرحله اتم ها با جابه جايي جزئي و هماهنگ، پيشروي فصل مشترك از هر لايه اتمي را موجب مي شوند. 


بايد توجه داشت پديده حافظه داري بدون تغيير حجم و تغيير شكل امكان پذير بوده و برش ناهمگن توجيه كننده اين مطالب مي باشد. 
برش ناهمگن در مارتنزيت به دو طريق امكان پذير است :
1) مكانيزيم لغزش يافتن صفحات اتمي 
2) مكانيزيم تشكيل دوقلويي ها 



تصاوير نشان داده شده چگونگي انطباق فاز مارتنزيت بر فاز آستنيت را در هنگام جابجايي جزيي و گروهي اتمها با حفظ شبكه كريستالي نشان مي دهد. 
بايد توجه داشت كه لغزش صفحات اتمي به علت شكسته شدن باند هاي اتمي بعنوان مكانيزيم تغيير فرم پلاستيك دائم محسوب مي شود، در صورتي كه در مكانيزيم دو قلويي به علت انرژي پايين مرز دوقلويي و برخورداري از تحرك و لغزندگي نسبي تغيير فرم غير دائم است. در آلياژهاي حافظه دار ، كرنش هاي ناشي از تغيير حالت در اثر تشكيل يك جفت از دوقلويي هاي دو طرف مرز ذخيره سازي مي شوند و براي برگشت پذيري از آن استفاده مي شود. 


شكل) 4) مرز دوقلويي را نمايش مي دهد و هر يك از دوقلويي هاي دو طرف مرز دوقلويي يك وا ريانت را شامل مي شود. در صورت وارد كردن تنش برشي به مرز دو قلويي باعث حركت يكي از واريانت ها شده و واريانت ديگري حذف مي شود.(شكل 4 ،B) اين روند مي تواند تا تبديل تمامي واريانت به يك واريانت واحد ادامه يابد(شكل 4، C) .

بررسي پديده حافظه داري در تك كريستال آستنيت در شكل 5 نمايش داده شده است. 


مرحله اول همانطور كه از شكل پيداست بعد از سرد كردن كريستال در زير دماي Mf واريانت هاي A و B و C و D تشكيل مي شوند مرحله دوم با وارد كردن تنش به كريستال ، واريانتها شروع به حركت و حذف شدن مي كنند تا واريانت واحد A تشكيل گردد. حين تشكيل واريانت واحد A كرنش هايي در جهت واريانتA ذخيره مي شود. مرحله سوم مربوط به حرارت دادن كريستال نمونه براي تبديل مارتنزيت به آستينت مي باشد از آنجاييكه كرنش ها تنها در جهت واريانت A ذخيره شده اند، پس تنها مسير براي برگشت پذيري، واريانت A مي باشد و نمونه به شكل اوليه خود باز مي گردد.
3- رفتار ترمومكانيكي:
آلياژ هاي حافظه دار در درجه حرارت هاي مختلف داراي خصوصيات مكانيكي بسياري مي باشند در شكل 6 منحني هاي ساده تنش - كرنش براي آلياژ تيتانيم- نيكل مشاهده مي شود. آلياژ در دماهاي پايين ، متوسط و بالاي دماي استحاله مورد آزمايش قرار گرفته است. تغيير شكل در مارتنزيت با چند در صد كرنش و تنش فشاري نسبتاً كم ديده مي شود . در حاليكه آستنيت در درجه حرارت بالا نياز به تنش نسبتا زيادي براي تغيير شكل دارد. خط چين روي منحني مارتنزيت نمايانگر برگشت پذيري آلياژ بعد از برداشتن تنش وارد شده بعد از گرم كردن نمونه و تبديل به فاز آستنيت مي باشد ولي چنانچه كه مشاهده مي شود در منحني مربوط به آستينت با برداشتن تنش و گرم كردن نمونه امكان برگشت پذيري وجود ندارد. 
4- خاصيت ارتجاعي كاذب:
خصوصيت جالب توجه درباره منحني تنش - كرنش درقسمت منحني C ديده مي شود.به طوري كه پس از حرارت دادن نمونه كمي بالاتر از درجه حرارت انتقال ، در درجه حرارت بالاي Af به نمونه در فاز مارتنزيت تنش وارد مي شود. با افزايش مقدار تنش ، تغيير شكل نيز به صورت يكنواخت افزايش مي يابد (منحني AB). در اين هنگام رفتار تغيير شكل و تنش پايداري مشاهده مي شود با كاهش تنش ( منحني CD ) مارتنزيت به آستينت تبديل مي شود بايد توجه داشت كه برگشت پذيري انجام شده به خاطر تغيير حرارت نمونه نمي باشد و دليل آن كاهش فشار است. اين پديده را كه موجب مي شود آلياژ خاصيت كشساني نامحدود پيدا كند به عنوان خاصيت ارتجاعي كاذب ناميده مي شود. 
5- اثر حافظه دار يك طرفه و دو طرفه:

الف )اثر حافظه دار يك طرفه :
در صورتيكه اثر حافظه داري فقط بعد از تغيير شكل در حالت مارتنزيتي و سپس در سيكل گرم كردن مشاهده شود به آن اثر حافظه يك طرفه گفته مي شود. اين بدان معني است كه در اين حالت تغيير شكل ايجاد شده ، فقط با گرم كردن به حالت اوليه قبل از تغيير شكل باز مي گردد و چنانچه جسم را دوباره سرد كنيم تغييري در شكل آن حاصل نمي شود.نخستین استفاده مهم صنعتی از این پدیده در صنایع فضایی آمریکا برای نصب ماهواره های فضایی بود . 
این خصوصيت در شكل شماره 7 نمايش داده شده است. 



همانطور كه در تصوير مشاهده مي شود ابتدا فنر در دماي Mf به مقدار معيني تغيير فرم داده مي شود به صورتيكه تغيير فرم دائمي در آن باقي بماند حال اگر فنر تغيير فرم داده شده را تا دماي Af حرارت دهيم مجدداً به شكل اوليه خود بر مي گردد و در سيكل سرد شدن تا دماي Mf هيچگونه تغيير شكلي در فنـــر مشاهده نمي شود. 

ب)اثر حافظه دار دو طرفه :
برگشت پذيري به حالت اوليه خود در اثر سرد و گرم كردن آلياژ هاي حافظه دار دو طرفه در بازه معيني از دما امكان پذير است . در شكل 8 يك فنر با اثر حافظه دار دو طرفه به صورت باز شده در حالت آستيني و شكل جمع شده در حالت مارتنزيتي نشان داده شده است. 

همانطور كه مشاهده مي شود اگر فنر گرم شود باز شده و در سيكل سرد شدن مجدداً به شكل جمع شده در مي آيد. 
بايد توجه داشت كه آلياژ هاي حافظه دار براي اينكه اثر حافظه دار دو طرفه از خود نشان دهند نياز به انجام عمليات ترمومكانيكي خاصي بر روي آنها مي باشد. 


6 ـ کاربرد آلیاژهای حافظه دار :
کاربرد اصلی این مواد ، در سه گروه عمده دسته بندی می شوند :
ــ وسایل سوپر الاستیک 
ــ عملگرهای حافظه دار
ــ وسایل مارتنزیتی

* وسایل سوپر الاستیک 

وسایل سوپر الاستیک در کاربردهایی که انعطاف پذیری بالا و یا قابلیت تحمل نیروی گشتاوری زیاد نیاز باشد ، مورد استفاده قرار می گیرند . این مواد توانایی جذب مقادیر زیادی از کرنش را دارند . از جمله این مواد ، آلیاژ TiـNi می باشد که الاستیسیته آنها در حدود 10 برابر فولاد است . این مواد همچنین با یک نیروی ثابت ، محدوده وسیعی از کرنش را از خود نشان می دهند و در مقابل پیچش بسیار مقاوم هستند .
مثال هایی از کاربرد وسایل سوپر الاستیک شامل آنتن تلفن های همراه سلولار ، وسایل ضربه گیر ، قاب عینک ، سیم های ماهیگیری و فایل های کانال ریشه در دندانپزشکی می باشد . 
* عملگرهای حافظه دار
در این وسایل از اثر حافظه داری برای بازیابی شکل ویژه جسم تحت دمایی بالاتر از دمای تغییر حالت استفاده می شود . از این اثر همچنین برای ایجاد نیرو و یا انجام کار استفاده می شود .
مثال هایی از این نوع کاربرد نیز شامل بست ها و اتصالات ، آندوسکوپ های فعال ، موتورهای مبدل انرژی ، فعال کننده های حرارتی ،سوئیچ های حرارتی حافظه دار، اتصال دهنده استخوان ها و استنت ها می باشد .
* وسایل مارتنزیتی 
خواص بی نظیر فاز مارتنزیت در آلیاژهای حافظه دار ، آنها را به ماده مناسبی برای بسیاری از کاربردها تبدیل نموده است . استحاله مارتنزیتی به دلیل داشتن ساختار دوقلویی قابلیت بسیار خوبی برای جذب انرژی دارد . از طرف دیگرفاز مارتنزیتی در این آلیلژها مقاومت خستگی بسیار خوبی دارد و بعلاوه به راحتی تغییر فرم می دهد . در نتیجه می توان از این مواد در جذب کننده های ارتعاش ، سیم های با مقاومت خستگی بالا و ابزار جراحی با خم شدن مکرر استفاده نمود .

ــ روش های تولید آلیاژهای حافظه دار

مهمترین روش های تولید قطعات از جنس آلیاژهای حافظه دار :

1ــ ذوب و ریخته گری

2ــ متالورژی پودر

3ــ سنتز احتراقی 
1 ــ فرآیند ذوب و ریخته گری
در روش های ذوب و ریخته گری محدودیت شکل و ابعاد قطعه به صورتی که در روش های متالورژی پودر و سنتز احتراقی وجود دارد،وجود ندارد . همچنین تولید قطعات در مقیاس صنعتی به این روش به لحاظ ارزان قیمت بودن مواد اولیه نسبت به بقیه روش ها و حذف هزینه مورد نیاز برای قالب و پرس ، دارای توجیه اقتصادی می باشد . در عین حال مشکلاتی از قبیل هزینه اولیه تجهیزات ، عدم توانایی در کنترل بهینه ترکیب شیمیایی مذاب ، ناهمگنی ساختار و وجود ناخالصی هایی که در حین ساخت وارد آلیاژ می شوند ، از جمله محدودیت های این روش محسوب می شود .به همین جهت ، به منظور به حداقل رساندن این مشکلات و نیز افزایش کیفیت متالورژیکی مذاب ، روش های مختلف ذوب و ریخته گری ابداع شده اند .
مهمترین آنها شامل دو روش زیر است :

* ذوب در کوره های قوس الکتریکی با الکترودهای فنا شونده
* ذوب در کوره القائی تحت خلاء 
* ذوب در کوره های قوس الکتریکی با الکترودهای فنا شونده :

در این روش مواد اولیه در داخل یک بوته قرار گرفته و با ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود و مواد اولیه ، حرارت لازم برای ذوب آنها فراهم می شود . برای به حداقل رساندن آلودگی ها مثلا در تولید نایتینول ، جنس بوته معمولا از نوع مسی و آبگرد انتخاب شده و داخل آنرا با نسوزهایی از جنس اکسیدهای تیتانیوم نسوز کوبی می شود . به همین منظور جنس الکترودها نیز معمولا تیتانیوم اسفنجی پرس شده ، شمش تیتانیوم و یا قطعات قراضه تیتانیوم که به هم جوش داده شده اند ، انتخاب می شود . 
از طرف دیگر برای جلوگیری از واکنش مذاب و گازهای موجود در اتمسفر ، فرآیند ذوب اغلب تحت اتمسفر گاز خنثی انجام می شود . براساس مطالب گفته شده آلودگی در مذاب در این روش به حداقل می رسد ، اما به دلیل ساکن بودن حوضچه مذاب که در زیر الکترود قرار دارد ، وجود جدایش ها و غیر یکنواختی در ترکیب شیمیایی آلیاژ اجتناب ناپذیر است . برای کاهش این غیر یکنواختی پس از تهیه آلیاژ، قطعه ریخته شده چندین بار (گاه تا هفت مرتبه ) ذوب مجدد می شود تا ترکیب شیمیایی حدالامکان یکنواخت شود . 
* روش ذوب در کوره القائی تحت خلاء :

در این روش ، فرآیند ذوب توسط کویل القائی در اتمسفر خلاء انجام می شود . به دلیل استفاده از خلاء در سیستم ، آلودگی مذاب و در نتیجه حلالیت گازهای موجود دراتمسفر در ذوب حداقل شده و از این نظر از کیفیت بالایی برخوردار است . در برخی سیستم ها ، علاوه بر ذوب تحت خلاء امکان ریخته گری نیز فراهم شده است که این شرایط موجب افزایش کیفیت متالورژیکی مذاب می شود .
یکی دیگر از مزایای این روش ، یکنواخت بودن ترکیب شیمیایی آلیاژ است . این خاصیت از تلاطم و حرکت ایجاد شده در مذاب در نتیجه وجود جریان های القائی در داخل آن بدست می آید . از جمله معایب این روش می توان به درصد بالای کربن مذاب اشاره نمود. از آنجائی که بوته های مورد استفاده در این روش گرافیتی هستند (به خاطر احیا بوته سرامیکی توسط تیتانیوم ، امکان استفاده از آنها وجود ندارد) بنابراین با حرکت و تلاطم مذاب در داخل آن ، فلز کربن جذب می کند . این مسئله موجب کاهش کیفیت متالورژیکی ذوب به خصوص کاهش قابلیت تغییر فرم آن می شود . امروزه برای برطرف نمودن این مشکل از کوره های القائی با فرکانس بالا استفاده می شود . در این کوره ها به خاطر بالا بودن فرکانس ، زمان ذوب کاهش یافته و در نتیجه مقدار کربن حل شده در داخل مذاب کمتر می شود . همچنین در برخی از سیستم ها ، به جای بوته های گرافیتی از بوته های آبگرد مسی استفاده می شود که در این صورت آلوده شدن فلز مذاب اتفاق نمی افتد . 
2 ــ روش متالورژی پودر :

در این روش پودر فلزات در قالبی فلزی به شکل نهایی خود فشرده می شود و پس از طی مراحل تف جوشی در کوره با اتمسفر کنترل شده و یا خلاء به صورت قطعه صنعتی آماده در می آید .
از مزایای این روش می توان به کاهش یا حذف عمليات ماشین کاری نهایی اشاره کرد . بنابراین تلفات مواد به حداقل می رسد و زمان تولید نیز کم می شود . آلیاژ بدست آمده پس از تف جوشی همگنی مناسبی دارد و توزیع خواص فیزیکی و مکانیکی در آن یکسان است . بعلاوه آلودگی های ترکیبات ناخواسته آلیاژی به حداقل می رسد . اما از نکات منفی آن هزینه بالای سرمایه گذاری اولیه و تولید قطعات متخلخل است که باعث افت خواص مکانیکی می گردد .
عامل اصلی در پدیده تف جوشی نفوذ اتمی بین ذرات پودر است . در واقع نگهداری یک نمونه فشرده شده پودری در دمایی زیر نقطه ذوب فلز یا آلیاژ سبب می شود که اتم های فلز در یکدیگر نفوذ کنند و پیوند مکانیکی حاصل از فشار پرس را به پیوند فلزی تبدیل کنند . این موضوع سبب می شود که اولا استحکام قطعه افزایش یابد و ثانیا آلیاژسازی حاصل شود . یکی از روش های متالورژی پودر مرسوم که در تهیه آلیاژهای حافظه دار کاربرد دارد روش آلیاژسازی مکانیکی است . 
3 ــ سنتز احتراقی :
ساخت گستره وسیعی از مواد پیشرفته شامل پودرها و محصولات نزدیک شکل نهایی از سرامیک ها ، بین فلزی ها ، کامپوزیت ها و مواد با گرادیان ترکیبی به وسیله این روش انجام پذیر است . نیروی محرکه واکنش در این روش ، آنتالوپی منفی اختلاط عناصر و ترکیبات واکنش دهنده است که منجر به آزاد شدن انرژی به صورت گرما می شود به طوری که واکنش به صورت خود به خود در مواد واکنش دهنده ، پیشروی می کند . برای سنتز احتراقی دو روش وجود دارد :
سنتز احتراقی پیشرونده (SHS) و سنتز احتراقی حجمی (VCS) 
در هر دو روش ابتدا مواد واکنش دهنده مخلوط می شوند و به صورت یک پلت نوعاّ استوانه ای شکل پرس می شوند و سپس پلت توسط یک منبع خارجی گرما داده می شود .
در روش SHS ، پس از اشتعال موضعی ، موج احتراق در مخلوط هتروژن واکنش دهندها به طور خود به خود منتشر می شود. دمای جبهه احتراق می تواند به مقادیر 2000-4000 درجه سانتی گراد برسد. در روش VCS کل نمونه به طور همزمان تا رسیدن به دمای اشتعال گرما داده می شود تا واکنش به طور ناگهانی در سرتاسر حجم نمونه ایجاد شود . این واکنش را انفجار حرارتی نیز می نامند . روش VCS برای واکنش دهنده هایی که گرمازایی ضعیف دارند استفاده می شود ، ولی در روش SHS مواد برای انجام واکنش به دمای پیش گرم بالا احتیاج دارند . بنابراین به نظر می رسد که روش VCS روش مناسب تری برای تولید مواد باشد ، اما تا به حال از این روش فقط در آزمایشگاهها برای تولید مواد استفاده شده است .

اولين مطالب گزارش شده در رابطه با اثر حافظه‌ پذيري به سال 1930 بر مي‌گردد که اولاندر و همكارانش رفتار سوپرالاستيك آلياژ ‏Au-Cd‏ را كشف كردند، بعد از آن بود که در سال 1932 مشاهدات ثبت شده درباره پديده حافظه داري شكلي- توسط  Changeو Read انجام شد.

 پديده اصلي اثر حافظه‌ پذيري كه با رفتارترمو الاستيك فاز مارتنزيتي كنترل مي‌شود، به‌ طور گسترده اي در يك دهه بعد توسط كردجامو در سال 1949 گزارش شد .

تحليل خواص آلياژ Ni-Ti با بررسي خواص جداگانه نيكل و تيتانيم امكان پذير است که در ذیل به بررسی اجمالی این دو عنصر می پردازیم :

نيكل رنگ سفيد نقره اي براق دارد، فلزي سمي و شكننده است كه از قابليت پوليش خوبي برخوردار می­باشد، اين فلز جز ء فلزات غيرآهني سنگين با جرم مخصوصKg/dm3   9/8و نقطه ذوب 1455بوده و بسیار در مقابل خوردگي مقاوم می­باشد، همچنين در مقابل حرارت و ضربه مقاومت خوبي نشان مي­دهد .

تيتانيم فلزي است نقره فام مايل به خاكستري و جزء فلزات غير آهني سبك می­باشد که جرم مخصوص آنKg/dm3 5/4 و نقطه ذوب آن 1670 می­باشد، مقاومت بالایی در مقابل خوردگي و سايش داشته و استحكام زياد آن موجب كاربرد در ساخت قطعات هواپيما، سفينه فضايي، لوازم نظامي و جراحي شده است.

تيتانيوم بر خلاف نيكل در پزشكي بسيار مؤثر عمل مي كند، علاوه بر اين با توجه به خواص بسيار خوب مكانيكي براي اصلاح دندان هاي كج و همچنين ترميم استخوان هاي آسيب ديده، كاربرد فراوان دارد. 
بررسي تحقيقات خواص باليني آلياژ Ni-Ti چگونگي كنترل مقاومت در مقابل خوردگي و عوامل خارجي مؤثر بر اين آلياژ را نشان مي دهد.

امروزه اصلاح سطح و ایجاد پوشش های مختلف بر روی سطح آلیاژ نیکل – تیتانیوم (نایتانول ) موضوع تحقیقات بسیاری می­باشد، چرا که این آلیاژ علاوه بر خاصیت سوپر الاستیکی که دارد - با بدن موجود زنده هم سازگاری خوبی دارد و به همین دلیل موضوع تحقیقات گسترده ای در سراسر جهان شده است که درصد بالایی از این تحقیقات برای بهبود خاصیت خوردگی آلیاژ نیکل – تیتانیوم و کاهش درصد نیکل آزاد شده از سطح  اختصاص یافته است، در این میان لازم به ذکر است که  عنصر نیکل بسیار آلرژی زا و سمی می­باشد.

به عنوان مثال تحقیقات اخیر در این زمینه نشان داده اند که قطعات تجاری موجود در بازار برای استفاده در صنعت دندان پزشکی، مقدار نیکل آزاد شده­ای بین 0.2 تا 7 میکرو گرم برسانتیمتر مربع را دارا بوده اند که رنج بسیار وسیعی می­باشد، همچنین گزارش شده است که مقدار نیکل آزاد شده با افزایش زمان، افزایش می یابد(در این تحقیقات دو سری نمونه را در 8 هفته و چندین ماه مورد بررسی قرار داده اند ) .

يكي از مهم‌ترين تركيبات بين فلزي، نايتانول (‏NiTi‏) است،  اين ماده مهم‌ترين تركيب از خانواده آلياژهاي هوشمند(آلياژ نيكل- تيتانيم) بوده و داراي خواص بسيار ويژه اي است كه آن را از ساير مواد حتي از ساير تركيبات بين فلزي نیز، متمايز مي‌كند.

 ‏NiTi‏ معمولا شامل نسبت‌هاي مساوي از نيكل و تيتانيم است و گاهي  اوقات عناصر ديگري براي تنظيم خواص به آن اضافه مي‌شوند.

خواص و ويژگي‌هاي ‏NiTi :

در ويژگي‌هاي ‏NiTi‏، خواص منحصر به ‌فردي از جمله حافظه‌ پذيري و سازگاري با محيط بدن به چشم مي‌خورد كه آن را از ساير مواد متمايز كرده و كاربردهاي خاصي را براي اين تركيب به همراه آورده است- به‌صورت كلي مي‌توان خواص و ويژگي‌هاي ‏NiTi‏ را به صورت زير بيان كرد:‏

üسوپر الاستيسيته (حافظه مكانيكي): تغييرشكل الاستيكي محض

üحافظه حرارتي: بازيابي شكل ماده بعد از حرارت ديدن

üپلاستيسيته غيرطبيعي: قابليت خمش بالاي ماده بدون شكست يا خستگي

üسازگاري با محيط بدن: مقاومت بالا در برابر خوردگي و هم زيستي عالي با محيط بدن

üمقاومت سايشي خوب

خواص ‏NiTi‏ به‌صورت قابل ملاحظه‌اي با كار مكانيكي به همراه عمليات حرارتي قابل بهبود است، چندين پارامتر براي بهبود اين خواص عمده وجود دارد كه مهمترين آنها عبارت است از: ‏

üتركيب شيميايي

üميزان كار سرد

üپارامترهاي عمليات حرارتي از جمله دما و زمان

خواص مكانيكي ‏NiTi‏ به حالت فازي آن در يك دماي معين بستگي دارد. ‏NiTi‏‌‌ در دماهاي مختلف مي‌تواند به صورت مارتنزيتي يا آستنيتي حاضر شود - در هر يك از اين حالتها ‏NiTi‏ رفتار مكانيكي متفاوتي را نشان مي‌دهد.

 چنانچه يك آلياژ حافظه‌ دار مقداري تغيير شكل دهد و تا دمايي بالاتر ازدماي تغيير شكلش گرم شود، مي‌تواند به شكل اوليه خود باز گردد(دماي تغيير فرم،دماي تبديل فاز آستنيت به مارتنزيت می باشد).

نکته جالبی که باید به آن اشاره شود این مطلب می­باشد که نایتانول در شكل مارتنزيت نرم و ا­نعطاف‌پذير است و به آساني مي‌تواند تغيير شكل دهد (چيزي شبيه مفرغ نرم (تركيب سرب و قلع )).

در واقع ‏NiTi‏ در حالت مارتنزيت يك ماده سوپر الاستيك و بسيار كشسان است (مثل لاستيك) ، در حاليكه ‏NiTi ‏ آستنيتی كاملا سخت و محكم است (مثل تيتانيم). در واقع ‏NiTi‏ داراي هر دوي اين خواص است و حالت ثابت آن بستگي به دمايي دارد كه قطعه در آن دما استفاده مي‌شود.‏

بايد توجه داشت كه كار سرد رفتار مكانيكي NiTi‏ را  ارتقا مي‌دهد و دماي استحاله را كاهش مي‌دهد و برای هر ماده كار سرد شده براي داشتن سوپر الاستيسيته يا اثرحافظه‌ داری بايد از قبل عمليات حرارتي شود.‏

 مطلب دیگری که باید به آن اشاره شود این مطلب می-باشد که در رابطه با حافظه پذیری آلیاژ نیکل - تیتانیوم دو حالت رخ می دهد :

بسياري از مواد، استحاله مارتنزيتي دارند اما برتري که آلياژ حافظه دار نیکل - تیتانیوم نسبت به آلياژهاي ديگر دارد، قابليت دو قلو شدن اين آلياژ در فاز مارتنزيت مي باشد و به همین علت می­باشد که مواد ديگر به وسيله لغزش و حرکت نابجائيها تغيير شکل مي­دهند در حالی که  آلياژهاي حافظه دار نیکل - تیتانیوم به وسيله تغيير جهت ساده ساختار کريستالهاي خود و از طريق مرزهاي دو قلوئي به تنشهاي اعمال شده، عکس العمل نشان مي دهند.

 اگر در اين آلياژها در دماي پائين، هنگامي­ که فاز مارتنزيت حاکم است، تغيير‌فرم پلاستيکي روي ‌دهد، ساختار کريستالي دو قلو شده اي براي آلياژ ايجاد مي­شود که ناشي از تغيير فرم پلاستيک مي باشد. با گرم‌کردن آلياژ تغيير فرم يافته تا دماي شروع فاز آستنيت مي‌توان شکل اوليه را بازگرداند، توانائي مذکور به عنوان اثر حافظه داری خوانده مي‌شود و حاصل از تغيير فاز مارتنزيت (در دماي پائين) به فاز آستنيت (در دماي بالا) مي‌باشد.  در اثر خم کردن ميله از جنس آلیاژ حافظه دار در دماي پايين و جايي که فاز مارتنزيت حاکم است، تغيير فرم پلاستيک در ميله رخ داده و طول آن زياد مي شود- حال اگر ميله خم شده، گرم شود و فاز آستنيت حاکم گردد، ميله به بهينه ترين حالت به شکل اوليه خود بر مي گردد. وقتي هم که ميله سرد شود و به فاز مارتنزيت برگردد، کرنشهاي پلاستيک که کاملا حذف شده بودند - به حالت اوليه درخواهند آمد.

 كاربردهاي آلياژهاي حافظه‌دار :

بطور كلي كاربردهاي گسترده‌اي را مي‌توان براي آلیاژ های حافظه دار در نظر داشت كه بصورت ذيل قابل تقسيم ‌بندي مي‌باشند: 

üفيلترهاي خوني از جنس سيم‌هاي Ni-Ti

üكاربردهاي دندانپزشكي و ارتودنسي از جنس Ni-Ti 

üايمپلنت هاي پزشكي از جنس Ni-Ti 

و.......

 روش هاي اصلي ساخت آلياژ هاي حافظه دار در دو گروه عمده قابل بررسي است:

الف) ساخت آلياژ به طريقه ذوب و ريخته گري با استفاده از كوره هاي القايي و كوره هاي مقاومتي 
ب) ساخت آلياژ به طريقه متالورژي پودر 

که معمولا براي توليد آلياژ هاي حافظه دار در تناژهاي بالا و تجارتي، از روش ذوب و ريخته گري استفاده مي­شود .

  در واقع استاندارد ASTM F 86 عمليات اختصاصي را براي امپلنت هاي فلزي به منظور اطمينان از غير فعال شدن سطح پيشنهاد مي­كند که این عمليات پيشنهاد شده براي فولاد ضدزنگ شامل رويين سازي در اسيد سيتريك و يا آماده سازي الكتريكي (الكترو پوليش ) با استفاده از محلول مناسب براي بهبود مشخصات اكسيد هاي سطح  و افزايش مقاومت خوردگي و لذا افزايش قابليت زیست سازگاری آنها، مي باشد. 

مثال

استفاده از تيتانيوم به عنوان پاشنه پا

«لِن چاندلر» 71 ساله و اهل استرالی است؛ وی مبتلا به سرطان پاشنه پا شده بود؛ جراحان بیمارستان سنت ونسان در مِلبورن مجبور بودند پاشنه پا را قطع کنند. به همین دلیل آنها تصمیم گرفتند توسط چاپ سه بعدی یک پاشنه پا برای بیمار بسازند؛ برای این کار پزشکان از پاشنه پایی که مبتلا به سرطان بود تصاویری گرفتند و یک ایمپلنت از جنس تیتانیوم بر اساس چاپ سه بعدی پاشنه پا ساختند.

عمل موفقیت آمیز بود و بیمار در حال حاضر دوره نقاهت را می‌گذارند.