Aké sú vlastnosti zliatiny niklu a titánu?

Nitinol, tiež známy ako Nitinol, je jedinečný materiál, ktorý vykazuje vzrušujúce vlastnosti vďaka svojmu správaniu sa pri zmene fázy. Nitinol je binárna zliatina zložená z niklu a titánu. Zloženie zliatiny obsahuje takmer rovnaké množstvo niklu a titánu, čo jej dodáva jedinečnú tvarovú pamäť a superelastické vlastnosti. Mechanizmus fázovej transformácie nitinolu vyplýva zo vzťahu medzi jeho kryštálovými štruktúrami martenzitu a austenitu. V dôsledku zmien teploty a mechanického tlaku existujú dve rôzne fázy kryštálovej štruktúry, a to austenitová fáza a martenzitická fáza. Keď sa zliatina zahreje nad špecifickú teplotu nazývanú transformačná teplota, transformuje sa z nízkoteplotnej martenzitickej fázy na vysokoteplotnú austenitovú fázu. Nitinol môže tiež prejsť reverznou transformáciou, ktorá má za následok obnovenie tvaru, keď sa ochladí pod transformačnú teplotu.

Sekvencia fázovej transformácie zliatiny niklu a titánu pri ochladzovaní je materská fáza (fáza austenitu) - fáza R - fáza martenzitu. Fáza R má tvar kosoštvorca a austenit je v stave, keď je teplota vyššia (vyššia ako teplota, pri ktorej austenit začína) alebo keď je záťaž odstránená (vonkajšia sila odstraňuje deaktiváciu). Je kubický a tvrdý. Tvar je pomerne stabilný. Martenzitická fáza je stav, keď je teplota relatívne nízka (menej ako Mf: teplota, pri ktorej martenzit končí) alebo keď je zaťažená (aktivovaná vonkajšou silou). Je šesťhranný, tvárny, opakovateľný, menej stabilný a ľahšie sa deformuje.
1. Efekt tvarovej pamäte
Jednou z kľúčových vlastností Nitinolu je jeho efekt tvarovej pamäte, ktorý odkazuje na jeho schopnosť zapamätať si svoj pôvodný tvar a vrátiť sa do pôvodného tvaru po ohnutí a deformácii. To znamená, že keď sa zliatina deformuje pri nízkych teplotách (zvyčajne pod teplotou martenzitickej transformácie), môže pri zahriatí nad teplotu martenzitickej transformácie obnoviť svoj pôvodný tvar. Táto vlastnosť z neho robí cenný materiál pre rôzne aplikácie vrátane medicínskych implantátov, letectva a automobilového priemyslu.
2. Vynikajúca super elasticita
Nitinol má tiež vynikajúcu superelasticitu, ktorá označuje schopnosť vrátiť sa do pôvodného tvaru pri ohnutí alebo natiahnutí bez trvalej deformácie. To znamená schopnosť odolávať výraznej deformácii a úplne sa zotaviť po uvoľnení stresu. To umožňuje zliatine vykazovať dobrú elasticitu pri vysokých napätiach, čo je vlastnosť, ktorá ju robí vhodnou na použitie v robotoch, strojoch a nástrojoch, ktoré vyžadujú vysokú elasticitu a stabilitu. Bežne používané v oblastiach, ako sú pružinové prvky a zariadenia proti otrasom.
⑴Princíp:
Superelasticita zliatin niklu a titánu je spôsobená martenzitickou fázovou transformáciou prítomnou v ich kryštálovej štruktúre. Pri nízkych teplotách sú zliatiny niklu a titánu v martenzitickej fáze a v tomto čase môže dôjsť k reverzibilnej elastickej deformácii. Keď je zliatina naťahovaná alebo ohýbaná, dochádza k fázovej zmene z martenzitu na austenit. Počas tohto procesu sa zliatina ohýba alebo naťahuje, ale po odstránení vonkajšieho zaťaženia sa zliatina vráti do svojej pôvodnej martenzitickej fázy, čím sa dosiahne superelastický efekt bez trvalej deformácie.

⑵ Rozsah napätia:
Superelasticita zliatiny niklu a titánu má veľký rozsah deformácie, zvyčajne do 8 % až viac ako 10 %. Vďaka tomu je užitočný v aplikáciách, ktoré vyžadujú veľké deformácie a vyžadujú si, aby si materiál zachoval svoj pôvodný tvar, ako napríklad pri výrobe pružiacich prvkov, antivibračných zariadení atď.

Žiadna plastická deformácia: Superelasticita umožňuje zliatinám niklu a titánu elastickú deformáciu pri veľkom namáhaní bez spôsobenia trvalej deformácie. To je na rozdiel od tradičných kovových materiálov, ktoré podliehajú trvalej plastickej deformácii, keď je prekročená ich medza pružnosti.

⑶ Slučka zaťaženia a vykládky:
Zliatiny NiTi vykazujú významné slučkové efekty počas cyklov nakladania a vykladania. Počas procesu nakladania vykazovala zliatina relatívne stabilný vzťah medzi napätím a deformáciou, zatiaľ čo počas procesu vykladania napätie rýchlo klesalo, čím sa vytvorila zrejmá slučka. Je to spôsobené superelastickým efektom spôsobeným fázovým prechodom.

⑷Vplyv teploty:
Superelastické vlastnosti sú výrazne ovplyvnené teplotou. Teplota fázovej transformácie zliatiny môže byť riadená úpravou zloženia zliatiny tak, aby spĺňala požadovaný rozsah prevádzkových teplôt v konkrétnej aplikácii.
3. Fyzická kompatibilita:
Ďalšou jedinečnou vlastnosťou Nitinolu je jeho biokompatibilita, čo znamená, že je kompatibilný s telesným tkanivom, vďaka čomu je ideálny na použitie v lekárskych implantátoch, ako sú stenty a ortodontické drôty. Netoxické vlastnosti Nitinolu z neho robia ideálny materiál pre dočasné a trvalé implantáty s úspešnými aplikáciami v ortopédii, kardiovaskulárnej chirurgii a neurochirurgii.

Nitinol je jedinečný a inovatívny materiál uznávaný pre svoje výnimočné vlastnosti, ako je tvarová pamäť, superelasticita a biokompatibilita. Tieto vlastnosti z neho robia všestranný materiál, ktorý možno použiť vo viacerých odvetviach. Superelasticita zliatin niklu a titánu je široko používaná v zdravotníckych pomôckach, leteckom a kozmickom priemysle, automobilovom priemysle a iných oblastiach, ako napríklad pri výrobe srdcových stentov, ortopedických vložiek, zariadení odolných voči nárazom atď.
Mechanizmus fázovej zmeny Nitinolu sa bude naďalej študovať, jeho aplikačný potenciál sa bude ďalej rozširovať a perspektívy použitia Nitinolu v budúcnosti sú široké.