Матеріали з ефектом пам'яті форми

Нікелід титану. Лідером серед матеріалів з пам'яттю форми із застосування і по вивченню є нікелід титану.

Нікелід титану – це інтерметаліди еквіатомного складу з 55 мас.% Ni. Температура плавлення 1240 – 1310 C, щільність 6,45 г/см³. Вихідна структура нікеліда титану стабільна об'ємно-центрована кубічна решітка типу CsCl при деформації перетерплює термопружнє мартенситне перетворення з утворенням фази низької симетрії.

Інша назва цього сплаву, яка прийнята за кордоном, нітінол походить від абревіатури NiTiNOL, де NOL – це скорочена назва Лабораторії морської артилерії США, де цей матеріал був розроблений в 1962 році.

Елемент з нікеліда титану може виконувати функції як датчика, так і виконавчого механізму.

Нікелід титану має:

– чудову корозійну стійкість;

– високу міцність;

– добрі характеристики формозапом'ятовування;

– високий коефіцієнт відновлення форми і високу відновлюючу силу;

– при деформації до 8 % може повністю відновлюватися;

– напруга відновлення при цьому може досягати 800 МПа;

– хорошу сумісність з живими організмами;

– високу демпфуючу здатність матеріалу.

Недоліки:

1. Через наявність титану сплав легко приєднує азот і кисень. Щоб запобігти реакції з цими елементами при виробництві треба використовувати вакуумне обладнання.

2. Ускладнена обробка при виготовленні деталей, особливо різанням. (Зворотний бік високої міцності).

3. Висока ціна. Наприкінці XX століття він коштував трохи дешевше срібла.

При сучасному рівні промислового виробництва вироби з нікеліда титану (поряд зі сплавами системи Cu-Zn-Al) знайшли широке практичне застосування і ринковий збут.

Інші сплави. На кінець XX століття ефект пам'яті форми був виявлений більш ніж у 20 сплавах. Крім нікеліда титану ефект пам'яті форми виявлений в системах:

Au-Cd. Розроблений в 1951 році в Іллінойському університеті, США. Один з піонерів матеріалів з пам'яттю форми.

Cu-Zn-Al. Поряд з нікелідом титану має практичне застосування. Температури мартенситних перетворень в інтервалі від –170 до 100 C.

Переваги (у порівнянні з нікелідом титану):

1. Можна виплавляти в звичайній атмосфері.

2. Легко обробляється різанням.

3. Ціна в п'ять разів дешевше.

Недоліки:

1. Гірше за характеристиками формозапам'ятовування;

2. Гірші механічні та корозійні властивості;

3. При термообробці легко відбувається укрупнення зерна, що призводить до зниження механічних властивостей;

4. Проблеми стабілізації зерна в порошкової металургії.

Cu-Al-Ni. Розроблено в університеті міста Осака, Японія. Температури мартенситних перетворення в інтервалі від 100 до 200 C.

Отримані і сплави Fe-Mn-Si, Fe-Ni, Cu-Al, Cu-Mn, Co-Ni, Ni-Al та ін. Сплави системи Fe-Mn-Si найбільш дешеві.

Деякі дослідники вважають, що ефект пам'яті форми принципово можливий у будь-яких матеріалах, що перетерплюють мартенситні перетворення, в тому числі і у таких чистих металах таких як титан, цирконій і кобальт.

Виробництво нікеліду титану. Плавка здійснюється в вакуумно-гарнісажній печі або в електродуговій печі з електродом, що витрачається в захисній атмосфері (гелій або аргон). Шихтою в обох випадках служить йодідний титан чи титанова губка, спресована в брикети, і нікель марки Н-0 або Н-1.

Для отримання рівномірного хімічного складу по перерізу і висоті злитку рекомендується подвійний або потрійний переплав.

При виплавці в дуговій печі рекомендується сила струму 1,2 кА, напруга 40 V, тиск гелію 53 МПа.

Оптимальний режим охолодження злитків з метою запобігання розтріскування – охолодження з піччю (не більше 10 С в секунду).

Видалення поверхневих дефектів - обдирання наждаковим колом.

Для більш повного вирівнювання хімічного складу за обсягом злитку проводять гомогенізацію при температурі 950 – 1000 C в інертній атмосфері.