Kādas ir niķeļa titāna sakausējuma īpašības?
Nitinols, pazīstams arī kā Nitinols, ir unikāls materiāls, kam piemīt aizraujošas īpašības, pateicoties tā fāzes maiņai. Nitinols ir binārs sakausējums, kas sastāv no niķeļa un titāna. Sakausējuma sastāvā ir gandrīz vienāds daudzums niķeļa un titāna, kas piešķir tam unikālu formas atmiņu un superelastīgās īpašības. Nitinola fāzes transformācijas mehānisms izriet no attiecības starp tā martensīta un austenīta kristāla struktūrām. Temperatūras un mehāniskā spiediena izmaiņu dēļ ir divas dažādas kristāla struktūras fāzes, proti, austenīta fāze un martensīta fāze. Kad sakausējums tiek uzkarsēts virs noteiktas temperatūras, ko sauc par transformācijas temperatūru, tas pārvēršas no zemas temperatūras martensīta fāzes uz augstas temperatūras austenīta fāzi. Nitinols var arī pakļauties reversai transformācijai, kā rezultātā forma atjaunojas, ja to atdzesē zem transformācijas temperatūras.
Niķeļa-titāna sakausējuma fāzes transformācijas secība atdzesētā ir pamatfāze (austenīta fāze) - R fāze - martensīta fāze. R fāze ir romba formas, un austenīts atrodas stāvoklī, kad temperatūra ir augstāka (augstāka par temperatūru, kurā sākas austenīts) vai kad tiek noņemta slodze (ārējais spēks noņem dezaktivāciju). Tas ir kubisks un ciets. Forma ir samērā stabila. Martensīta fāze ir stāvoklis, kad temperatūra ir relatīvi zema (mazāka par Mf: temperatūra, kurā martensīts beidzas) vai kad tas ir noslogots (aktivizē ārējs spēks). Tas ir sešstūrains, elastīgs, atkārtojams, mazāk stabils un vieglāk deformējams.
1. Formas atmiņas efekts
Viena no galvenajām Nitinol īpašībām ir tā formas atmiņas efekts, kas attiecas uz tā spēju atcerēties sākotnējo formu un atgriezties sākotnējā formā pēc lieces un deformācijas. Tas nozīmē, ka sakausējumam deformējoties zemā temperatūrā (parasti zem martensīta transformācijas temperatūras), tas var atgūt savu sākotnējo formu, kad tas tiek uzkarsēts virs martensīta transformācijas temperatūras. Šis īpašums padara to par vērtīgu materiālu dažādiem lietojumiem, tostarp medicīniskiem implantiem, kosmosa un automobiļu rūpniecībā.
2. Lieliska super elastība
Nitinolam piemīt arī lieliska superelastība, kas attiecas uz spēju bez paliekošas deformācijas atgriezties sākotnējā formā, saliekot vai izstiepjot. Tas ir, spēja izturēt ievērojamu deformāciju un pilnībā atgūties pēc stresa mazināšanas. Tas ļauj sakausējumam uzrādīt labu elastību pie lielām deformācijām, kas padara to piemērotu lietošanai robotos, iekārtās un instrumentos, kuriem nepieciešama augsta elastība un stabilitāte. Parasti izmanto tādās jomās kā atsperu elementi un prettrieciena ierīces.
⑴ Princips:
Niķeļa-titāna sakausējumu superelastību izraisa martensīta fāzes transformācija, kas atrodas tā kristāla struktūrā. Zemās temperatūrās niķeļa-titāna sakausējumi atrodas martensīta fāzē, un šajā laikā var rasties atgriezeniska elastīga deformācija. Kad sakausējums tiek izstiepts vai saliekts, notiek fāzes maiņa no martensīta uz austenītu. Šī procesa laikā sakausējums izliecas vai stiepjas, bet pēc ārējās slodzes noņemšanas sakausējums atgriežas sākotnējā martensīta fāzē, panākot superelastīgu efektu bez paliekošas deformācijas.
⑵ deformācijas diapazons:
Niķeļa-titāna sakausējuma superelastībai ir liels deformācijas diapazons, parasti no 8% līdz vairāk nekā 10%. Tas padara to noderīgu lietojumos, kuros nepieciešamas lielas deformācijas un materiālam jāsaglabā tā sākotnējā forma, piemēram, atsperu elementu, pretvibrācijas ierīču u.c. ražošanā.
Nav plastiskas deformācijas: Superelastība ļauj niķeļa-titāna sakausējumiem elastīgi deformēties lielos spriedzes apstākļos, neizraisot paliekošu deformāciju. Atšķirībā no tradicionālajiem metāliskajiem materiāliem, kas tiek pakļauti paliekošai plastiskai deformācijai, kad tiek pārsniegta to elastības robeža.
⑶ Iekraušanas-izkraušanas cilpa:
NiTi sakausējumiem ir ievērojams cilpas efekts iekraušanas-izkraušanas ciklos. Iekraušanas procesā sakausējums uzrādīja samērā stabilu sprieguma un deformācijas attiecību, savukārt izkraušanas procesā spriegums strauji kritās, veidojot acīmredzamu cilpu. Tas ir saistīts ar superelastīgo efektu, ko izraisa fāzes pāreja.
⑷ Temperatūras efekts:
Superelastīgās īpašības lielā mērā ietekmē temperatūra. Sakausējuma fāzes transformācijas temperatūru var kontrolēt, pielāgojot sakausējuma sastāvu, lai tas atbilstu nepieciešamajam darba temperatūras diapazonam noteiktā lietojumā.
3. Fiziskā saderība:
Vēl viena unikāla Nitinol īpašība ir tā bioloģiskā saderība, kas nozīmē, ka tas ir saderīgs ar ķermeņa audiem, padarot to ideāli piemērotu lietošanai medicīniskos implantos, piemēram, stentos un ortodontiskajos vados. Nitinola netoksiskās īpašības padara to par ideālu materiālu pagaidu un pastāvīgajiem implantiem, ar veiksmīgiem pielietojumiem ortopēdijā, sirds un asinsvadu ķirurģijā un neiroķirurģijā.
Nitinols ir unikāls un novatorisks materiāls, kas atzīts ar tā izcilajām īpašībām, piemēram, formas atmiņu, superelastību un bioloģisko saderību. Šīs īpašības padara to par daudzpusīgu materiālu, ko var izmantot vairākās nozarēs. Niķeļa-titāna sakausējumu superelastība tiek plaši izmantota medicīnas ierīcēs, aviācijā, automobiļu rūpniecībā un citās jomās, piemēram, sirds stentu, ortožu, triecienizturīgu ierīču uc ražošanā.
Nitinola fāzes maiņas mehānisms tiks turpināts pētīt, tā pielietojuma potenciāls tiks vēl vairāk paplašināts, un Nitinol turpmākās pielietošanas perspektīvas ir plašas.
