Які характеристики нікель-титанового сплаву?
Нітинол, також відомий як нітинол, є унікальним матеріалом, який демонструє захоплюючі властивості завдяки своїй поведінці зміни фази. Нітинол - це бінарний сплав, що складається з нікелю та титану. У складі сплаву присутні майже рівні кількості нікелю і титану, що надає йому унікальну пам'ять форми і надпружні властивості. Механізм фазового перетворення нітинолу є результатом взаємозв’язку між кристалічною структурою мартенситу та аустеніту. Існують дві різні фази кристалічної структури через зміни температури та механічного тиску, а саме фаза аустеніту та фаза мартенситу. Коли сплав нагрівається вище певної температури, яка називається температурою перетворення, він перетворюється з фази низькотемпературного мартенситу в фазу високотемпературного аустеніту. Нітинол також може піддаватися зворотній трансформації, що призводить до відновлення форми при охолодженні нижче температури трансформації.
Послідовність фазових перетворень нікель-титанового сплаву при охолодженні наступна: вихідна фаза (фаза аустеніту) - фаза R - фаза мартенситу. R-фаза має форму ромба, і аустеніт знаходиться в стані, коли температура вища (більша за температуру, при якій починається аустеніт) або коли навантаження знято (зовнішня сила усуває дезактивацію). Він кубічний і твердий. Форма відносно стабільна. Мартенситна фаза — це стан, коли температура відносно низька (нижча за Mf: температура, при якій мартенсит закінчується) або коли він навантажений (активується зовнішньою силою). Він гексагональний, пластичний, повторюваний, менш стабільний і легше піддається деформації.
1. Ефект пам'яті форми
Однією з ключових властивостей нітинолу є його ефект пам’яті форми, який відноситься до його здатності запам’ятовувати початкову форму та повертатися до початкової форми після згинання та деформації. Це означає, що коли сплав деформується при низьких температурах (зазвичай нижче температури мартенситного перетворення), він може відновити свою початкову форму при нагріванні вище температури мартенситного перетворення. Ця властивість робить його цінним матеріалом для різноманітних застосувань, включаючи медичні імплантати, аерокосмічну та автомобільну промисловість.
2. Відмінна супер еластичність
Нітинол також має чудову супереластичність, що означає здатність повертатися до початкової форми при згинанні або розтягуванні без остаточної деформації. Тобто здатність витримувати значні деформації і повністю відновлюватися після зняття напруги. Це дозволяє сплаву демонструвати хорошу еластичність за високих навантажень, властивість, яка робить його придатним для використання в роботах, машинах і інструментах, які вимагають високої еластичності та стабільності. Зазвичай використовується в таких сферах, як пружинні елементи та протиударні пристрої.
⑴Принцип:
Надпружність нікель-титанових сплавів зумовлена мартенситним фазовим перетворенням, наявним у його кристалічній структурі. При низьких температурах нікель-титанові сплави знаходяться в мартенситній фазі, і в цей час може відбуватися оборотна пружна деформація. Коли сплав розтягується або згинається, відбувається фазовий перехід від мартенситу до аустеніту. Під час цього процесу сплав згинається або розтягується, але як тільки зовнішнє навантаження знімається, сплав повертається до початкової мартенситної фази, досягаючи надпружного ефекту без остаточної деформації.
⑵Діапазон деформації:
Надпружність нікель-титанового сплаву має великий діапазон деформацій, як правило, від 8% до понад 10%. Це робить його корисним у застосуваннях, які вимагають великих деформацій і вимагають, щоб матеріал зберігав свою початкову форму, наприклад, для виготовлення пружинних елементів, антивібраційних пристроїв тощо.
Відсутність пластичної деформації: надпружність дозволяє нікель-титановим сплавам пружно деформуватися під великими деформаціями, не викликаючи остаточної деформації. Це не схоже на традиційні металеві матеріали, які зазнають постійної пластичної деформації при перевищенні межі пружності.
⑶Контур завантаження-розвантаження:
Сплави NiTi виявляють значні петлеві ефекти під час циклів навантаження-розвантаження. Під час процесу навантаження сплав демонстрував відносно стабільне співвідношення напруга-деформація, тоді як під час процесу розвантаження напруга швидко падала, утворюючи очевидну петлю. Це пов'язано з надпружним ефектом, викликаним фазовим переходом.
⑷Температурний ефект:
Надпружні властивості сильно залежать від температури. Температуру фазового перетворення сплаву можна контролювати, регулюючи склад сплаву відповідно до необхідного діапазону робочих температур у конкретному застосуванні.
3. Фізична сумісність:
Іншою унікальною властивістю нітинолу є його біосумісність, яка означає, що він сумісний із тканинами тіла, що робить його ідеальним для використання в медичних імплантатах, таких як стенти та ортодонтичні дроти. Нетоксичні властивості нітинолу роблять його ідеальним матеріалом для тимчасових і постійних імплантатів з успішним застосуванням в ортопедії, серцево-судинній хірургії та нейрохірургії.
Нітинол — це унікальний та інноваційний матеріал, визнаний своїми винятковими властивостями, такими як пам'ять форми, надпружність та біосумісність. Ці властивості роблять його універсальним матеріалом, який можна використовувати в багатьох галузях промисловості. Супереластичність нікель-титанових сплавів широко використовується в медичних пристроях, аерокосмічній, автомобільній промисловості та інших галузях, таких як виробництво серцевих стентів, ортопедичних засобів, протиударних пристроїв тощо.
Механізм зміни фази нітинолу буде продовжувати вивчатися, потенціал його застосування буде розширено, а перспективи застосування нітинолу в майбутньому широкі.
