Материалы с памятью формы

Эффект памяти формы

Эффект памяти формы материала характеризуется двумя величинами:

1. Марка сплава со строго выдержанным химическим составом.
2. Температуры мартенситных превращений.

В проявлении эффекта памяти формы принимают участие два вида мартенситных превращений: прямое и обратное, каждое из которых проявляется в собственном температурном интервале. Температуры данных превращений представляют собой функцию системы сплава и его химического состава. Самые значительные изменения химического состава сплава являются причиной сдвига температур. Поэтому необходима строгая выдержка химического состава для обеспечения однозначного проявления эффекта памяти формы. Данный эффект может проявляться несколько миллионов циклов, его можно усилить при помощи термической обработки. Чем выше температура обратного процесса мартенситного превращения, тем меньше выражен эффект памяти формы.

В функциональных свойствах памяти формы важное значение имеет деформация ориентированного превращения, суть которого заключается в следующем. Если, которое охлаждается под напряжением разгрузить в области температур, необходимых для реализации пластичного прямого мартенситного превращения и при этом не останавливать процесс охлаждения тела, то не всегда такое охлаждение будет вызывать макроскопическое деформирование. В большинстве случаев деформация будет продолжать накапливаться, как будто бы материал не разгружали. В других случаях имеет место быть интенсивный возврат при охлаждении. Первое явление называется деформацией ориентированного превращения кристаллов положительной ориентации, а второе отрицательной ориентацией.

Материалы с эффектом памяти формы

Самым распространенным материалом с памятью, использующимся во многих областях, является нитинол или никелид титана - интерметалл. Температура плавления нитинола составляет около 1300 градусов по Цельсию, плотность почти 6,5 грамм на кубический сантиметр. Его исходная структура - объемно-центрированная кубическая решетка типа CsCl. В случае деформации происходит термоупругое мартенситное превращение, в результате которого образуется фаза низкой симметрии. Нитинол обладает рядом полезных свойств

1. Высокая прочность.
2. Высокая коррозионная стойкость.
3. Высокий коэффициент восстановления формы.
4. Высокая восстанавливающая сила.
5. Высокая демпфирующая способность.
6. Хорошая биологическая совместимость.

К основным недостаткам никелида титана можно отнести затрудненность процесса обработки при изготовлении деталей (особенно резанием) и легкое присоединение азота и кислорода, что способствует интенсивному окислению.

Выплавку нитинола производят в электродуговой или вакуумно-гарнисажной печи. В обоих случаях шихтой является никель марки Н-0 и титановая трубка спрессованная в брикет. Чтобы получить равномерный химический состав по высоте и сечению слитка осуществляется двойной или тройной переплав. Если плавка происходит в электродуговой печи, то сила тока должна составлять минимум 1,2 килоампер, напряжение 40 вольт, а давление гелия порядка 53 мегапаскаль. Удаление поверхностных дефектов осуществляется посредством обдирки наждачным кругом. Если есть необходимость выравнивания химического состава по объему слитка проводится гомогенизация при температуре от 950 до 1000 градусов по Цельсию в условиях инертной атмосферы.

К концу двадцатого века было обнаружено более 20 сплавов, которые обладали эффектом памяти формы. К ним относятся сплавы золото-кадмий, медь-цинк-алюминий, медь-алюминий-никель, железо-марганец-кремний, железо-никель, медь-алюминий, медь-марганец, никель-алюминий.

Использование материалов с эффектом памяти формы

Материалы с эффектом памяти формы активно используются:

• при изготовлении соединительных втулок,
• при производстве стентов для рентгенэндоваскулярной хирургии,
• при производстве реабилитационных перчаток,
• при производстве противозачаточных спиралей,
• при производстве искусственных мышц,
• при производстве крепежных штифтов,
• при производстве искусственных удлинительных приспособлений,
• при производстве стержней для коррекции позвоночника,
• при производстве оправ очков,
• при производстве ортодонтической дуги,
• при производстве дентальных имплантов,
• при производстве тепловой сигнализации (пожарные заслонки, пожарная сигнализация, сетевые предохранители, электронные контакты, сигнальные устройства, регулирующие клапаны и т. п.,
• при производстве самописцев,
• при производстве кофеварок,
• при производстве электронных сушилок.