Matériaux polymères résistants à la corrosion à mémoire de forme, partie 1

Les alliages à mémoire de forme, matériaux capables de se déformer et de maintenir la déformation et en outre capables de revenir à la position initiale, sont appréciés pour une gamme d'applications allant des actionneurs aux microdispositifs flexibles.

La mémoire de forme et la mémoire sont étroitement liées, et la relation entre elles peut affecter nos résultats d’apprentissage et notre qualité de vie.

La mémoire de forme fait référence à notre capacité à reconnaître des caractéristiques telles que la forme, la taille, l'emplacement et la couleur des objets grâce à la mémoire visuelle. C’est très important dans notre vie quotidienne car cela affecte notre capacité à percevoir et à traiter les choses. Par exemple, si nous pouvons identifier avec précision différentes orientations, tailles et formes d’un même objet, nous pouvons mieux saisir les propriétés et les caractéristiques de l’objet.

La mémoire fait référence à la capacité de notre cerveau à sauvegarder et à récupérer des informations, des expériences et des connaissances. La qualité de la mémoire affectera directement nos résultats scolaires ou notre qualité de vie. Par exemple, une personne ayant une bonne mémoire peut mieux se souvenir des choses et des informations importantes, et ainsi mieux gérer son temps et organiser les choses.

Bien qu’il s’agisse de deux capacités différentes, le lien entre elles est indéniable. Avoir une bonne capacité de mémoire de forme peut nous aider à apprendre et à nous souvenir plus efficacement, car la mémoire visuelle est l'un des principaux moyens permettant aux humains d'acquérir de nouvelles informations et connaissances. Par exemple, lorsque nous apprenons de nouveaux mots ou termes professionnels, nous pouvons nous en souvenir efficacement grâce à la mémoire de forme.

En outre, la mémoire de forme peut également exercer notre mémoire, car l'amélioration de la capacité de mémoire de forme grâce à l'entraînement renforcera non seulement les connexions entre les zones cérébrales, mais favorisera également la croissance et le développement des cellules nerveuses du cerveau. Par conséquent, la mémoire de forme et la mémoire peuvent s’améliorer mutuellement, nous aidant ainsi à mieux accomplir nos tâches et à atteindre nos objectifs.

Bref, mémoire de forme et mémoire sont étroitement liées, et elles se soutiennent et se favorisent mutuellement. Par conséquent, il est nécessaire d'établir de bonnes habitudes d'apprentissage et de vie, de faire constamment de l'exercice pour façonner la mémoire et la mémoire et en tirer une meilleure expérience d'apprentissage et de vie. On peut voir que nous devons améliorer la mémoire, et la Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire car la Cistanche deserticola est une matière médicinale traditionnelle chinoise qui a de nombreux effets uniques, dont l'un est d'améliorer la mémoire. L'efficacité de Cistanche deserticola provient des nombreux ingrédients actifs qu'elle contient, notamment l'acide tannique, les polysaccharides, les glycosides flavonoïdes, etc. Ces ingrédients peuvent favoriser la santé cérébrale par diverses voies.

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Le maintien des propriétés qui les rendent utiles et de leur capacité à se déformer et à se reformer nécessite que les alliages à mémoire de forme soient protégés contre la corrosion, dans laquelle l'intégration de polymères à mémoire de forme peut agir comme moyen de protection.

Ainsi, cette revue vise à mettre en évidence l’utilité des polymères à mémoire de forme auto-réparateurs comme moyen d’inhibition de la corrosion.

Par conséquent, cette revue discute des avantages de l'utilisation de polymères à mémoire de forme auto-réparateurs pour la protection de la mémoire de forme, de plusieurs types de polymères auto-réparateurs qui pourraient être utilisés, des moyens d'améliorer ou d'adapter les polymères à des usages spécifiques et des perspectives de conception d'un polymère à mémoire de forme. pour une utilisation dans l'inhibition de la corrosion.

1. Introduction
Les composites, ou matériaux contenant deux ou plusieurs éléments chimiquement distincts combinés macroscopiquement pour former un nouveau matériau doté de propriétés de composition supérieures à celles de leurs matériaux constitutifs, sont un élément clé de la vie quotidienne moderne, depuis les bâtiments où vivent les gens jusqu'aux véhicules qu'ils utilisent.

En tant que tel, l'amélioration et la création de nouveaux composites sont essentielles pour progresser vers des matériaux plus solides, meilleurs et plus respectueux de l'environnement. Ainsi, le développement de composites intelligents ou de composites avancés qui ont la capacité de « détecter » et de répondre à certaines influences externes est d'un intérêt évident pour lutter contre la liste toujours croissante des exigences auxquelles les matériaux que nous utilisons doivent répondre [1].

Un domaine particulièrement intéressant du développement des composites comprend les composites capables d'afficher ce qu'on appelle l'effet de mémoire de forme, dans lequel le matériau est capable de se déplacer et de maintenir une position temporaire, à partir d'une forme de base permanente en raison de certains stimuli externes agissant sur lui, puis de revenir à la base. forme sous ses capacités [2], comme le montre la figure 1.

Comme le montre le graphique ci-dessus, le stress induit par un stimulus, qui, selon le matériau, peut être un rayonnement électromagnétique, de l'eau, un pH, une température ou même un champ magnétique, provoque un changement physique du matériau dans une certaine position et peut également le déclencher. pour revenir à la position d'origine [2, 4]. Cette application de contrainte sur le matériau entraîne la déformation du matériau au point que le matériau conserve une position sous contrainte constante.

Si la déformation continue d'augmenter, elle peut atteindre un point dans lequel une réversion se produit et le matériau à mémoire de forme retrouve sa forme permanente initiale [3]. Cette capacité les rend souhaitables pour les machines et équipements tels que les actionneurs, les microdispositifs et les équipements biomédicaux ou dans l'industrie aérospatiale pour les structures légères et déployables [5] ou pour d'autres utilisations dans lesquelles le contrôle de forme et de position, le contrôle des vibrations et de l'acoustique ou la résistance aux chocs. peut être souhaitable à partir du composite [6].

Une préoccupation majeure dans le développement d’alliages à mémoire de forme concerne les effets de la corrosion sur les matériaux, car elle peut entraîner une perte de propriétés et d’efficacité du matériau.

2. Composites à mémoire de forme : alliages

Les alliages à mémoire de forme sont une combinaison de métaux conçus pour afficher des effets de mémoire de forme grâce à une transformation martensite induite par une contrainte où la phase fcc mère se transforme en phase HPC [7].

En approfondissant davantage, les alliages à mémoire de forme présenteront des effets de mémoire de forme via des transformations de phase induites, où ils passent d'une phase austénitique à haute température, dans laquelle l'alliage est plus malléable à la déformation, mais le refroidissement ou l'application de contraintes le ramènent à une phase à plus basse température. connue sous le nom de phase martensite [8]. Les problèmes liés aux propriétés des matériaux pour les alliages à mémoire de forme se concentrent particulièrement sur les capacités de l'alliage à se rétablir des déformations.

Lors de la détermination du taux de récupération d'un alliage à mémoire de forme, au microscope, on considère qu'il est fonction de la taille des grains par rapport à la dimension de l'alliage ; cela implique que la taille des grains est importante pour un alliage à mémoire de forme ; s'il diminue, l'écrouissage se produit en raison de l'espace libre des dislocations qui glissent avant que l'interaction avec les joints de grains ne diminue et provoque une déformation plastique et inhibe la transformation martensite et la récupération de déformation.

Généralement, plus il y a d'impuretés dans un système, plus la taille des grains est petite, en raison des particules dispersées provoquant un effet de fixation des limites des grains [9].

Cependant, la récupération de forme des alliages peut être plus facilement testée et déterminée via des essais de flexion où l'alliage est plié à un certain angle sous une certaine contrainte maximale, puis la récupération peut ensuite être induite par chauffage à une température spécifique à l'alliage et ensuite laissé refroidir. à température ambiante, ce qui permet de calculer le taux de mémoire de forme en fonction de l'angle de retour de l'échantillon [7].

Le nickel-titane, le cuivre et le fer constituent la base de certains des alliages à mémoire de forme les plus courants [10, 11] ; Un bref aperçu peut être trouvé dans le tableau 1. De plus, les performances des alliages à mémoire de forme peuvent être améliorées grâce à l'ajout d'éléments tertiaires ou quaternaires [9, 11].

Généralement, ces alliages à mémoire de forme sont renforcés de chrome, d'aluminium, de nickel, de manganèse, de cuivre, de silicium, d'azote ou de rhénium, mais l'ajout et la quantité de ces éléments dans l'alliage peuvent risquer de sacrifier la superélasticité de l'alliage, notamment à température ambiante. 9].

Pour contrer les effets négatifs que peut avoir l'ajout de ces additifs sur l'effet mémoire de forme, certains fabricants utilisent certaines techniques ; le vieillissement est une technique utilisée pour améliorer le taux de mémoire de forme d'un alliage à mémoire de forme, où l'alliage métallique est traité à haute température pendant une période prolongée ; par exemple, un alliage à mémoire de forme à base de fer a été testé par Yongren et al. pour avoir un taux de mémoire de forme de base de 0,2, mais après 4 heures de vieillissement, le taux de récupération de forme a grimpé jusqu'à environ 0,6. Malheureusement, le processus de vieillissement réduit la capacité de l'alliage à former une couche passivante, de sorte qu'un alliage vieilli présente une moins bonne résistance à la corrosion qu'un alliage non vieilli ; d'autres développements donneraient de bons résultats en termes de résistance à la corrosion et de récupération de forme, mais ces méthodes ont tendance à être coûteuses, difficiles en termes de "formation" de l'alliage pour obtenir les formes souhaitées, ce qui entraîne une faible contrainte de récupération et nécessitent une température de recuit élevée pour déclencher la récupération. [7].

Un autre effet de l'ajout d'autres éléments à un alliage à mémoire de forme est que les températures de transition de phase peuvent être augmentées ou diminuées, ce qui peut également servir à améliorer ou à modifier davantage les propriétés mécaniques de l'alliage.

Par exemple, l'ajout de cuivre peut permettre aux alliages nickel-titane d'améliorer leur stabilité en ce qui concerne le comportement pseudo-élastique, ce qui est bon pour les chargements mécaniques cycliques. Cependant, l'effet négatif de cet ajout rend l'alliage plus sensible à la corrosion, car la couche d'oxyde qui se forme sur la surface est moins stable et forme une couche de passivation plus faible, ce qui permet une attaque par corrosion sur l'alliage [12], car le cuivre lui-même n'offre aucune résistance supplémentaire à la corrosion de l'alliage [13].

Cela met en évidence le nœud du problème, dans la mesure où les alliages à mémoire de forme sont vulnérables à la corrosion.

L'attaque de corrosion sur un alliage à mémoire de forme se concentre sur les joints de grains, dans lesquels elle peut se produire à un niveau intergranulaire avec des piqûres se développant à proximité dans les grains de l'alliage à mémoire de forme ; c'est au niveau de la limite des grains que précipitent les éléments sous forme d'alliage, comme le nickel.

Cette corrosion intergranulaire qui se produit à la limite des grains forme des zones qui réduisent la résistance à la corrosion et conduisent à une dégradation supplémentaire des propriétés [9]. Il est possible d'aider à atténuer la corrosion en ajoutant des éléments anticorrosion tels que le chrome, le cobalt, le titane ou même l'étain en très petites quantités pour former un alliage à mémoire de forme quaternaire ou tertiaire afin d'améliorer la résistance à la corrosion [14-16].

Cependant, l'ajout de ces éléments peut avoir d'autres effets potentiellement indésirables ; par exemple, le chrome améliore la résistance à la corrosion de l'alliage à mémoire de forme en échange d'un rendre l'alliage plus cassant et abaisse les températures de transformation [15], et comme le montre le tableau 2, il Il est possible d'obtenir une résistance à la corrosion comparable, voire supérieure, sans l'ajout d'éléments inhibiteurs de corrosion.

En général, plus la densité de courant, ou valeur Icorr, est faible, meilleure est la protection contre la corrosion ; le tableau ci-dessus répertorie plusieurs valeurs Icorr, trois alliages à mémoire de forme avec éléments inhibiteurs de corrosion et deux polymères.

Les alliages présentent une bonne résistance à la corrosion, tandis que les polymères fonctionnent mieux, voire supérieurs, aux alliages à mémoire de forme en matière d'inhibition de la corrosion. Par conséquent, l'application d'un revêtement polymère capable d'afficher l'effet à mémoire de forme pour former un composite à mémoire de forme serait fortement recommandée pour préserver les propriétés mécaniques de l'alliage à mémoire de forme.

3. Composites à mémoire de forme : considérations relatives aux propriétés

Lors de la détermination des propriétés ou de l’efficacité globale d’un composite à mémoire de forme, de nombreux facteurs doivent être pris en compte : par exemple, la vitesse de récupération de forme est la capacité du composite à mémoire de forme à répondre à une force externe ayant entraîné une déformation de la forme du composite [21], ou l'indice de plasticité du composite, un rapport entre la dureté et le module élastique, est utile pour déterminer la résistance à l'usure en friction et est ainsi utile, avec les propriétés fonctionnelles de la couche à mémoire, pour aider à déterminer l'état structurel du composite à mémoire de forme dans des conditions de friction [22].

Cependant, pour déterminer l'efficacité d'un revêtement composite à prévenir la corrosion du matériau situé en dessous, un facteur clé à prendre en compte serait l'hydrophobie de la surface.

L'hydrophobie d'une surface est liée à la diminution du taux de corrosion du métal par la limitation des interactions avec des éléments corrosifs, comme l'eau, et avec des revêtements organiques ; cela signifie limiter le processus de diffusion de l'eau au métal situé en dessous [22, 23].

L'hydrophobie dépend des propriétés chimiques du revêtement et de la microstructure de la surface du revêtement, où la rugosité de la surface peut améliorer l'hydrophobie du revêtement [24] et peut être mesurée en déterminant la mouillabilité de la surface. La mouillabilité est la façon dont l'eau s'étale sur une surface solide, dont l'efficacité est déterminée par l'angle de contact de l'eau, déterminé par le module d'Young [23], visible sur la figure 2.

Les alliages et polymères à mémoire de forme ont été largement utilisés, et l'application individuelle de l'un ou l'autre dépend des exigences de la situation, dans laquelle les polymères sont utilisés par rapport aux alliages en raison de leur faible densité, de leur faible coût, de leur capacité à contrôler ce qui déclenche leur récupération, dans une large mesure. de déformation récupérable dans laquelle ils peuvent subir, et la large plage dans laquelle on pourrait adapter leurs températures de réponse (via la manipulation de la température de transition vitreuse) ; mais ils sont battus par les alliages à mémoire de forme d'un ordre de grandeur supérieur lorsque la situation nécessite une contrainte de récupération plus élevée, un temps de récupération plus court et un nombre beaucoup plus important de cycles qu'ils peuvent subir avant la rupture [1] et ont une meilleure stabilité thermique et un module d'élasticité plus élevé [8].

Il convient de noter que les circonstances en jeu peuvent signifier que ce qui serait normalement négatif dans leur utilisation ou non, comme les longs temps de récupération des polymères à mémoire de forme, peut plutôt conférer un avantage dans leur utilisation [1]. Il existe de nombreux modèles différents pour prédire les propriétés thermomécaniques d'un matériau à mémoire de forme.

Par exemple, les polymères à mémoire de forme agissent en partie comme un ressort, et selon Pan et al., un modèle pour déterminer le comportement thermomécanique d'un polymère à mémoire de forme renforcé par des particules en 1D peut être représenté comme suit : et ξ est la fraction volumique totale de martensite, ξS est la contrainte. -fraction volumique de martensite induite, ξT est la fraction volumique de martensite induite par la température, σ est la contrainte, D est le module de Young de l'alliage à mémoire de forme qui dépend de ξ, ε est la déformation, εl est la déformation maximale récupérable, Θ est la déformation thermique coefficient de dilatation, T est la température actuelle et T0 est la température de référence [27]. Ces modèles tentent de simuler des résultats similaires à ceux présentés dans les figures 3 et 4.

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