โลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียมมีลักษณะอย่างไร?

นิทินอลหรือที่รู้จักกันในชื่อนิทินอลเป็นวัสดุพิเศษที่แสดงคุณสมบัติที่น่าตื่นเต้นเนื่องจากพฤติกรรมการเปลี่ยนเฟส นิทินอลเป็นโลหะผสมไบนารีที่ประกอบด้วยนิกเกิลและไทเทเนียม องค์ประกอบของโลหะผสมประกอบด้วยนิกเกิลและไทเทเนียมในปริมาณเกือบเท่ากัน ซึ่งทำให้มีหน่วยความจำรูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์และมีคุณสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวด กลไกการเปลี่ยนเฟสของนิทินอลเป็นผลมาจากความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างผลึกมาร์เทนไซต์และออสเทนไนต์ มีเฟสโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันสองเฟสเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันเชิงกล ได้แก่ เฟสออสเทนไนต์และเฟสมาร์เทนไซต์ เมื่อโลหะผสมถูกให้ความร้อนเหนืออุณหภูมิเฉพาะที่เรียกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง โลหะผสมจะเปลี่ยนจากเฟสมาร์เทนไซต์ที่อุณหภูมิต่ำไปเป็นเฟสออสเทนไนต์ที่อุณหภูมิสูง นิทินอลยังสามารถผ่านการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับได้ ซึ่งส่งผลให้เกิดการคืนรูปร่างเมื่อถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง

ลำดับการเปลี่ยนแปลงเฟสของโลหะผสมนิกเกิล-ไททาเนียมเมื่อถูกทำให้เย็นลงคือเฟสต้นกำเนิด (เฟสออสเทนไนต์) - เฟส R - เฟสมาร์เทนไซต์ เฟส R เป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน และออสเทนไนต์จะอยู่ในสถานะเมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น (มากกว่าอุณหภูมิที่ออสเทนไนต์เริ่มต้น) หรือเมื่อโหลดถูกกำจัดออกไป (แรงภายนอกจะขจัดการปิดใช้งาน) มันเป็นลูกบาศก์และแข็ง รูปร่างค่อนข้างคงที่ เฟสมาร์เทนไซต์เป็นสถานะเมื่อมีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (น้อยกว่า Mf: อุณหภูมิที่มาร์เทนไซต์สิ้นสุด) หรือเมื่อมีการโหลด (กระตุ้นโดยแรงภายนอก) เป็นรูปหกเหลี่ยม เหนียว ทำซ้ำได้ มีความเสถียรน้อยกว่า และเปลี่ยนรูปง่ายกว่า
1. เอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่าง
คุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของนิทินอลคือเอฟเฟกต์การจำรูปร่าง ซึ่งหมายถึงความสามารถในการจดจำรูปร่างดั้งเดิมและกลับคืนสู่รูปร่างดั้งเดิมหลังจากการดัดงอและการเสียรูป ซึ่งหมายความว่าเมื่อโลหะผสมเปลี่ยนรูปที่อุณหภูมิต่ำ (โดยปกติจะต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติก) โลหะผสมจะสามารถคืนรูปร่างเดิมได้เมื่อถูกให้ความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติก คุณสมบัตินี้ทำให้เป็นวัสดุที่มีคุณค่าสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการปลูกถ่ายทางการแพทย์ การบินและอวกาศ และอุตสาหกรรมยานยนต์
2. ความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยม
นิทินอลยังมีความยืดหยุ่นยิ่งยวด ซึ่งหมายถึงความสามารถในการคืนรูปเดิมเมื่องอหรือยืดออกโดยไม่เสียรูปถาวร นั่นคือความสามารถในการทนต่อการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญและฟื้นตัวได้เต็มที่หลังจากบรรเทาความเครียด ช่วยให้โลหะผสมแสดงความยืดหยุ่นที่ดีภายใต้ความเครียดสูง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในหุ่นยนต์ เครื่องจักร และเครื่องมือที่ต้องการความยืดหยุ่นและความมั่นคงสูง นิยมใช้ในด้านต่างๆ เช่น ส่วนประกอบสปริงและอุปกรณ์ป้องกันการกระแทก
⑴หลักการ:
ความยืดหยุ่นยิ่งยวดของโลหะผสมนิกเกิล-ไทเทเนียมมีสาเหตุจากการเปลี่ยนแปลงเฟสมาร์เทนซิติกในโครงสร้างผลึก ที่อุณหภูมิต่ำ โลหะผสมนิกเกิล-ไทเทเนียมจะอยู่ในเฟสมาร์เทนซิติก และอาจเกิดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นแบบพลิกกลับได้ในเวลานี้ เมื่อโลหะผสมถูกยืดหรือโค้งงอ เฟสจะเปลี่ยนจากมาร์เทนไซต์ไปเป็นออสเทนไนต์ ในระหว่างกระบวนการนี้ โลหะผสมจะโค้งงอหรือยืดออก แต่เมื่อภาระภายนอกถูกเอาออก โลหะผสมจะกลับไปสู่เฟสมาร์เทนซิติกดั้งเดิม ทำให้เกิดความยืดหยุ่นยิ่งยวดโดยไม่มีการเสียรูปถาวร

⑵ช่วงความเครียด:
ความยืดหยุ่นยิ่งยวดของโลหะผสมนิกเกิล-ไทเทเนียมมีช่วงความเครียดสูง โดยปกติจะสูงถึง 8% ถึงมากกว่า 10% ทำให้มีประโยชน์ในการใช้งานที่ต้องมีการเสียรูปขนาดใหญ่และต้องใช้วัสดุเพื่อรักษารูปทรงเดิม เช่น การผลิตส่วนประกอบสปริง อุปกรณ์ป้องกันการสั่นสะเทือน เป็นต้น

ไม่มีการเสียรูปแบบพลาสติก: ความยืดหยุ่นยิ่งยวดทำให้โลหะผสมนิกเกิล-ไททาเนียมสามารถเปลี่ยนรูปได้อย่างยืดหยุ่นภายใต้ความเครียดขนาดใหญ่ โดยไม่ทำให้เกิดการเสียรูปถาวร ซึ่งแตกต่างจากวัสดุโลหะแบบดั้งเดิม ซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนรูปพลาสติกอย่างถาวรเมื่อเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่น

⑶โหลด-ยกเลิกการโหลดลูป:
โลหะผสม NiTi มีผลกระทบต่อวงรอบอย่างมีนัยสำคัญในระหว่างรอบการขนถ่าย ในระหว่างกระบวนการโหลด โลหะผสมแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้น-ความเครียดที่ค่อนข้างคงที่ ในขณะที่ในระหว่างกระบวนการขนถ่าย ความเค้นลดลงอย่างรวดเร็ว ก่อตัวเป็นวงวนที่ชัดเจน นี่เป็นเพราะผลยืดหยุ่นยิ่งยวดที่เกิดจากการเปลี่ยนเฟส

⑷ผลกระทบของอุณหภูมิ:
คุณสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวดจะได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิ อุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสของโลหะผสมสามารถควบคุมได้โดยการปรับองค์ประกอบของโลหะผสมให้ตรงกับช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ต้องการในการใช้งานเฉพาะ
3.ความเข้ากันได้ทางกายภาพ:
คุณสมบัติพิเศษอีกประการหนึ่งของนิทินอลคือความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ซึ่งหมายความว่าเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อของร่างกาย ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในการปลูกถ่ายทางการแพทย์ เช่น การใส่ขดลวดและลวดจัดฟัน คุณสมบัติที่ไม่เป็นพิษของนิทินอลทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการปลูกถ่ายชั่วคราวและถาวร โดยประสบความสำเร็จในการใช้งานในด้านกระดูก การผ่าตัดหัวใจและหลอดเลือด และศัลยกรรมระบบประสาท

นิทินอลเป็นวัสดุนวัตกรรมที่มีเอกลักษณ์และได้รับการยอมรับในด้านคุณสมบัติพิเศษ เช่น การจดจำรูปร่าง ความยืดหยุ่นยิ่งยวด และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เป็นวัสดุอเนกประสงค์ที่สามารถใช้ได้ในหลายอุตสาหกรรม ความยืดหยุ่นยิ่งยวดของโลหะผสมนิกเกิล-ไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ทางการแพทย์ การบินและอวกาศ อุตสาหกรรมยานยนต์ และสาขาอื่นๆ เช่น ในการผลิตขดลวดหัวใจ กายอุปกรณ์ อุปกรณ์กันกระแทก ฯลฯ
กลไกการเปลี่ยนเฟสของ Nitinol จะยังคงได้รับการศึกษาต่อไป ศักยภาพการใช้งานของมันจะถูกขยายเพิ่มเติม และแนวโน้มการใช้งานในอนาคตของ Nitinol นั้นกว้างไกล