Откройте для себя секреты сверхэластичности и памяти формы никель-титана

Никель-титан стал восходящей звездой в области исследования и применения материалов благодаря своей уникальной сверхэластичности и свойствам памяти формы. Никель-титан, бинарный сплав, состоящий из никеля и титана, демонстрирует исключительные характеристики, превосходящие традиционные материалы, благодаря особой комбинации атомов и микроструктуре. Память формы — одно из самых ярких свойств никель-титана. При охлаждении исходной фазы никель-титан при определенной температуре происходит фазовое превращение с образованием мартенситной фазы. В это время к сплаву в мартенситной фазе прилагается внешняя сила, чтобы деформировать его. При нагреве сплав автоматически возвращается к исходной форме в исходной фазе, как будто наделенный памятью, что сопровождается процессом обратного фазового превращения. Этот процесс термического фазового превращения позволяет сплаву точно менять форму при различных температурных условиях для достижения определенных функций.

Невообразимые эластичные характеристики
Сверхэластичность – еще одно удивительное свойство никель-титана. Никель-титан проявляет сверхэластичность в узком диапазоне температур, немного превышающем температуру его превращения. Когда сплав подвергается воздействию внешней силы и создает деформацию, намного превышающую его предел упругости, деформация может автоматически восстановиться в момент разгрузки, и материал может вернуться к своей недеформированной форме без нагрева. В этом процессе предел упругости никель-титана намного превышает предел упругости обычных материалов и больше не подчиняется традиционному закону Гука. Эту сверхэластичность можно разделить на линейную сверхэластичность и нелинейную сверхэластичность. Кривая растяжения-деформации линейной сверхэластичности имеет тесную линейную связь между напряжением и деформацией; в то время как нелинейная сверхупругость, также известная как псевдоупругость фазового перехода, является результатом вызванного напряжением мартенситного фазового превращения и его обратного фазового превращения во время нагрузки и разгрузки в определенном диапазоне выше температуры Af. Псевдоупругость фазового перехода никель-титана может достигать около 8%. Он может применять постоянную и мягкую корректирующую силу к зубам при комнатной температуре и использовать свои сверхэластичные свойства для адаптации к сложному движению зубов во время процесса коррекции, осуществлять медленное и точное движение зубов, а также улучшать комфорт пациента и эффект коррекции. ​

Тайна расположения атомов
Причина, по которой никель-титан обладает такой волшебной памятью формы и сверхэластичными свойствами, заключается во взаимном преобразовании аустенитной и мартенситной фаз в его микроструктуре. При более высоких температурах сплав находится в аустенитной фазе, где атомы расположены упорядоченно и компактно, образуя стабильную и эластичную кристаллическую структуру аустенита. При понижении температуры сплав постепенно переходит в мартенситную фазу, а атомы перестраиваются в более гибкую структуру. В мартенситном состоянии сплав легко деформируется. Под воздействием внешних сил двойниковая структура превращается в раздвоенную структуру, чтобы адаптироваться к внешнему напряжению. Как только внешние условия изменятся, например, при повышении температуры, сплав превратится из мартенситной фазы обратно в аустенитную фазу, а атомы снова вернутся в состояние упорядоченного расположения, так что сплав вернется к своей исходной форме. ​

Яркие перспективы для широкого применения​
Сверхэластичность и свойства памяти формы никель-титана открывают ему широкие перспективы применения во многих областях. Помимо упомянутой выше медицинской области, в аэрокосмической области его можно использовать для изготовления деформируемых крыльев, позволяющих самолету корректировать форму крыла в реальном времени в зависимости от скорости полета и условий воздушного потока, улучшая эффективность полета и маневренность; в области интеллектуальных роботов компоненты привода из никель-титанового сплава позволяют обеспечить точное и гибкое управление движением, придавая новый импульс интеллектуальному развитию роботов; В повседневной жизни также можно увидеть никель-титан, например, в сверхэластичных оправах для очков, которые могут быстро возвращаться к своей первоначальной форме после сжатия и деформации внешними силами, привнося удобство и комфорт в жизнь людей.