(2 Голосов)

 

Трубка из нитинола

Нитинол – это сплав никеля и титана, в котором содержатся приблизительно равные количества атомов обоих металлов. Свойства данного сплава определяются его точным составом и технологией обработки. Эти свойства типичны для имеющихся в продаже нитинолов с памятью формы.

Сплавы никеля и титана обладают двумя тесно связанными и уникальными свойствами – памятью формы и сверхупругостью, которую также называют псевдоупругостью. Память формы – это способность нитинола подвергаться деформации при одной температуре, а затем восстанавливать свою исходную, неискаженную форму при нагреве до температуры, превышающей так называемую «температуру фазового превращения». Свойство сверхупругости проявляется в узком диапазоне температур, расположенном как раз над температурой фазового превращения; в этом случае не требуется нагревание для восстановления исходной формы изделия, и его материал обладает чрезвычайно высокой упругостью, в 10-30 раз превышающей упругость обычного металла.

Название «нитинол» (англ.: nitinol) представляет собой аббревиатуру, составленную из названий входящих в его состав металлов и места его открытия: (Nickel Titanium - Naval Ordnance Laboratory (никель титан - Лаборатория вооружений ВМС США)). Уильям Бюлер (William Buehler) и Фредерик Ванг (Frederick Wang) открыли свойства этого сплава во время проведения исследований в Лаборатории вооружений военно-морских сил США (NOL) в 1959 году. Бюлер пытался создать улучшенный носовой конус ракеты, который мог бы сопротивляться воздействию усталостных и ударных нагрузок, а также высоких температур. Обнаружив, что сплав никеля и титана в соотношении 1:1 отвечает предъявляемым требованиям, он продемонстрировал собравшимся вокруг коллегам образец этого материала, изогнутый в гармошку. Один из ученых поднес к образцу зажигалку, предположительно, чтобы испытать его термостойкость. При этом ко всеобщему удивлению изогнутая в гармошку полоса сплава распрямилась и приняла свою первоначальную форму.

И, хотя сразу же стало понятно, что новый материал обладает огромным потенциалом применения, практические усилия по промышленному внедрению сплава стали предприниматься лишь спустя десятилетие. Столь долгая задержка была связана с чрезвычайной сложностью технологий плавления и обработки сплава. Но на пути этих усилий встали финансовые проблемы, преодолеть которые реально удалось только в 1990-е годы, когда, наконец, началось постепенное практическое решение технологических сложностей.

Вообще-то эффект памяти формы был открыт в 1932 году, когда шведский химик Арне Эландер (Arne Ölander) впервые пронаблюдал это свойство на сплавах золота с кадмием.

Необычные свойства нитинола объясняются обратимым твердофазным превращением, известным как мартенситный переход между двумя разными кристаллическими фазами мартенсита, для которого требуется механическое усилие величиной 69–138 МПа.

При высоких температурах сплав обретает взаимопроникающую, примитивную кубическую кристаллическую структуру, называемую аустенитом (также известную как исходная фаза). При низких температурах нитинол самопроизвольно меняет свою кристаллическую структуру на более сложную, моноклинную, известную как мартенсит (дочерняя фаза). Температуру, при которой аустенит превращается в мартенсит, принято называть температурой фазового превращения. Точнее, существует 4 разные температуры фазового превращения. При охлаждении сплава, полностью состоящего из аустенита, начинает образовываться мартенсит при так называемой температуре начала мартенситного превращения (температура Мн), а полное мартенситное превращение происходит при так называемой температуре конца мартенситного превращения (температура Мк). При нагревании сплава, полностью состоящего из мартенсита, начинает образовываться аустенит при температуре начала аустенитного превращения (температура Ан), а полное аустенитное превращение происходит при температуре конца аустенитного превращения (Ак).

Цикл охлаждения/нагревания характеризуется тепловым гистерезисом. Ширина гистерезиса зависит от точного состава и обработки нитинола. Типичная ширина гистерезиса приблизительно соответствует интервалу от 20 К до 50 К (от −253,2 °C до −223,2 °C).

Определяющими для свойств данного никель-титанового сплава являются 2 ключевых аспекта этого фазового превращения. Во-первых, превращение является обратимым, то есть нагрев выше температуры фазового превращения ведет к обратному переходу кристаллической структуры к более простой, аустенитной фазе. Во-вторых, фазовое превращение происходит мгновенно в обоих направлениях.



Обновлено (11.08.2014 16:37)