Jaké jsou vlastnosti slitiny niklu a titanu?

Nitinol, také známý jako Nitinol, je jedinečný materiál, který vykazuje vzrušující vlastnosti díky svému chování při změně fáze. Nitinol je binární slitina složená z niklu a titanu. Složení slitiny obsahuje téměř stejné množství niklu a titanu, což jí dává jedinečnou tvarovou paměť a superelastické vlastnosti. Mechanismus fázové transformace nitinolu vyplývá ze vztahu mezi jeho martenzitovými a austenitovými krystalovými strukturami. V důsledku změn teploty a mechanického tlaku existují dvě různé fáze krystalové struktury, a to austenitová fáze a martenzitická fáze. Když se slitina zahřeje nad určitou teplotu nazývanou transformační teplota, přemění se z nízkoteplotní martenzitické fáze na vysokoteplotní austenitovou fázi. Nitinol může také projít reverzní transformací, která má za následek obnovení tvaru, když se ochladí pod transformační teplotu.

Sekvence fázových přeměn nikl-titanové slitiny při ochlazení je mateřská fáze (austenitová fáze) - R fáze - martenzitická fáze. Fáze R má tvar kosočtverce a austenit je ve stavu, kdy je teplota vyšší (vyšší než teplota, při které austenit začíná) nebo když je zátěž odstraněna (vnější síla odstraňuje deaktivaci). Je krychlový a tvrdý. Tvar je poměrně stabilní. Martenzitická fáze je stav, kdy je teplota relativně nízká (menší než Mf: teplota, při které martenzit končí) nebo když je zatížen (aktivován vnější silou). Je šestihranný, tvárný, opakovatelný, méně stabilní a snadněji se deformuje.
1. Efekt tvarové paměti
Jednou z klíčových vlastností Nitinolu je jeho efekt tvarové paměti, který odkazuje na jeho schopnost zapamatovat si svůj původní tvar a vrátit se do původního tvaru po ohnutí a deformaci. To znamená, že když se slitina deformuje při nízkých teplotách (obvykle pod teplotou martenzitické transformace), může při zahřátí nad teplotu martenzitické transformace obnovit svůj původní tvar. Tato vlastnost z něj činí cenný materiál pro různé aplikace včetně lékařských implantátů, leteckého a automobilového průmyslu.
2. Vynikající super elasticita
Nitinol má také vynikající superelasticitu, která označuje schopnost vrátit se do původního tvaru při ohnutí nebo natažení bez trvalé deformace. Tedy schopnost odolat výrazné deformaci a plně se zotavit po uvolnění napětí. To umožňuje slitině vykazovat dobrou elasticitu při vysokém namáhání, což je vlastnost, která ji činí vhodnou pro použití v robotech, strojích a nástrojích, které vyžadují vysokou elasticitu a stabilitu. Běžně se používá v oblastech, jako jsou pružinové prvky a protinárazová zařízení.
⑴Princip:
Superelasticita slitin niklu a titanu je způsobena martenzitickou fázovou transformací přítomnou v její krystalové struktuře. Při nízkých teplotách jsou slitiny niklu a titanu v martenzitické fázi a v této době může docházet k reverzibilní elastické deformaci. Když je slitina protahována nebo ohýbána, dochází k fázové změně z martenzitu na austenit. Během tohoto procesu se slitina ohýbá nebo natahuje, ale jakmile je odstraněno vnější zatížení, slitina se vrátí do své původní martenzitické fáze, čímž se dosáhne superelastického efektu bez trvalé deformace.

⑵ Rozsah napětí:
Superelasticita slitiny niklu a titanu má velký rozsah deformace, obvykle do 8 % až více než 10 %. Díky tomu je užitečný v aplikacích, které vyžadují velké deformace a vyžadují, aby si materiál zachoval svůj původní tvar, jako je výroba pružinových prvků, antivibračních zařízení atd.

Žádná plastická deformace: Superelasticita umožňuje nikl-titanovým slitinám pružně se deformovat při velkém namáhání, aniž by došlo k trvalé deformaci. To je na rozdíl od tradičních kovových materiálů, které podléhají trvalé plastické deformaci, když je překročena jejich mez pružnosti.

⑶Smyčka zatížení-vyložení:
Slitiny NiTi vykazují významné smyčkové efekty během nakládacích a vykládacích cyklů. Během procesu zatěžování slitina vykazovala relativně stabilní vztah napětí-deformace, zatímco během procesu vykládání napětí rychle kleslo a vytvořilo zřejmou smyčku. To je způsobeno superelastickým efektem způsobeným fázovým přechodem.

⑷Vliv teploty:
Superelastické vlastnosti jsou velmi ovlivněny teplotou. Teplota fázové transformace slitiny může být řízena úpravou složení slitiny tak, aby vyhovovala požadovanému rozsahu provozních teplot v konkrétní aplikaci.
3. Fyzická kompatibilita:
Další unikátní vlastností Nitinolu je jeho biokompatibilita, což znamená, že je kompatibilní s tělesnou tkání, takže je ideální pro použití v lékařských implantátech, jako jsou stenty a ortodontické dráty. Netoxické vlastnosti Nitinolu z něj dělají ideální materiál pro dočasné i trvalé implantáty s úspěšnými aplikacemi v ortopedii, kardiovaskulární chirurgii a neurochirurgii.

Nitinol je jedinečný a inovativní materiál uznávaný pro své výjimečné vlastnosti, jako je tvarová paměť, superelasticita a biokompatibilita. Tyto vlastnosti z něj dělají všestranný materiál, který lze použít ve více průmyslových odvětvích. Superelasticita slitin niklu a titanu je široce používána ve zdravotnických zařízeních, leteckém, automobilovém průmyslu a dalších oborech, jako je výroba srdečních stentů, ortotiky, nárazuvzdorných zařízení atd.
Mechanismus změny fáze Nitinolu bude nadále studován, jeho aplikační potenciál se bude dále rozšiřovat a budoucí vyhlídky Nitinolu na aplikace jsou široké.