镍钛记忆合金丝

编      号: 006

材      质: 镍钛记忆合金温控丝

规格尺寸: 0.01㎜-8.0㎜低温-常温-高温-超弹

产品介绍:


形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的合金。

记忆合金除具有独特的形状记忆功能外,还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点。伸缩率在20%以上。疲劳寿命达107次,阻尼特性比普通的弹簧高10倍,其耐腐蚀性优于目前好的医用不锈钢,因此可以满足各类工程和医学应用需求,是一种非常优秀的功能材料。

镍-钛合金在40oC以上和40oC以下的晶体结构是不同的,但温度在40oC上下变化时,合金就会收缩或膨胀,使得它的形态发生变化。这里,40oC就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。各种合金都有自己的变态温度。

记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面,用记忆合金制成套管可以代替焊接,方法是在低温时将管端内全扩大约 4%,装配时套接一起,一经加热,套管收缩恢复原形,形成紧密的接合。美国海军飞机的液压系统使用了10万个这种接头,多年来从未发生漏油和破损。船舰和海底油田管道损坏,用记忆合金配件修复起来,十分方便。在一些施工不便的部位,用记忆合金制成销钉,装入孔内加热,其尾端自动分开卷曲,形成单面装配件。

记忆合金特别适合于热机械和恒温自动控制,已制成室温自动开闭臂,能在阳光照耀的白天打开通风窗,晚间室温下降时自动关闭。记忆合金热机的设计方案也不少,它们都能在具有低温差的两种介质间工作,从而为利用工业冷却水、核反应堆余热、海洋温差和太阳能开辟了新途径。现在普遍存在的问题是效率不高,只有 4%~6%,有待于进一步改进。

 具有形状记忆效应的功能钛合金。物体在某一温度下受力变形,去除外力后仍保持变形后的形状,但在较高温度下能自动恢复到变形前的原始形状,这种现象称为形状记忆效应。

  1938年美国格雷宁格(A.B.Greniger)等在铜锌合金中观察到形状记忆效应。1963年美国海军武器实验室比勒(w.J.Buehler)等研制出称为镍钛的(Nitinol)的形状记忆合金,并用于航天器。从此,对形状记忆效应和形状记忆合金开展了广泛的研究。70年代已研制成十几种记忆合金。中国于1978年开始研制,1980年得到应用。

  分类 钛镍系形状记忆合金包括近等原子比的钛镍形状记忆合金、宽滞后的钛镍铌形状记忆合金、窄滞后的钛镍铜形状记忆合金。 钛镍形状记忆合金钛镍是一种等原子比的金属间化合物(Ti50Ni50),实用合金成分为Ti-(49~51)%Ni(原子分数)。钛镍金属间化合物具有延展性,可热加工和冷加工,冷加工率为10%~25%,再结晶温度为500~600℃。钛镍合金高温相具有优良的耐磨、耐蚀性,低温相具有良好的阻尼性,相变区域具有奇特的记忆性能和超弹性。钛镍合金的物理性能、力学性能和记忆性能分别示于表1和表2。(AS为马氏体逆转变为母相的开始温度,Af为马氏体逆转变为母相的终了温度)。

  镍钛铌形状记忆合金

  Ti44Ni47Nb9合金的形状开始恢复温度As,与马氏体开始转变温度Ms温度差异很大,因此被称作宽滞后记忆合金。如在-60℃马氏体状态给予适当的大变形,温度滞后(As-Ms)可达150℃(Ms≈-90℃,As≈60℃)。一般二元合金As-Ms在10~30℃。用钛镍铌合金制作紧固件管接头,在低温下扩径,可在常温下保存和运输,不会发生形状变化,不需要在液氮中保存,使用时只要加热到80℃以上,即可方便地完成安装,所以工程上应用十分方便。

  镍钛铜形状记忆合金铜在钛镍中溶解度高,用铜置换镍原子高达30%(原子分数),不影响高温相的结构。钛镍铜合金特点是屈服极限较低,为100MPa(TiNi为200MPa,TiNiNb为300MPa)。钛镍铜形状记忆合金的温度滞后小,因此也称为窄滞后形状记忆合金,这有利于制作多次循环的驱动元件。

  形状记忆机制 钛镍形状记忆合金依据不同处理工艺,可显示形状记忆效应和超弹性。

  形状记忆效应 形状记忆效应(shape memory

effect,缩写为SME)与热弹性马氏体转变有密切关系。TiNi记忆合金的高温相为有序的体心立方CsC1型B:结构,低温相马氏体(M)为单斜B19型结构,中间相R为菱形结构,相变时发生B2⇔R⇔M或B2⇔M转变。高温相单晶冷却到马氏体转变终了温度Mf以下全部转变成马氏体,形成24种取向不同的变体,各变体间成自协调状态,当外力作用时,通过孪晶界面和马氏体晶界的迁移,相互吞食,马氏体发生重新排列,形成马氏体单晶,宏观上出现变形,去除外力,加热到Af温度以上,马氏体逆转成单一取向的高温相,恢复到材料在高温时的宏观形状。随后再进行冷却,形状保持不变,这就是所谓的“单程”形状记忆。如果材料经过特殊“训练”,在随后的加热和冷却循环中,能重复地记忆高温相和低温相的两种形状,则称为“双程”形状记忆。某些合金(如富镍的钛镍合金经拘束时效)在出现双程记忆的同时,继续冷却到更低温度,出现与高温相形状相同、但方向完全相反的现象,称“全程”形状记忆。

  超弹性 英语为pseudoelasticity

  (缩写PE)。钛镍形状记忆合金的弹性变形可达5%~20%,常称之为超弹性。根据热力学方程,记忆效应和超弹性与应力和温度有关,低于As温度表现为形状记忆区,在As~Af之间为形状记忆与超弹性混合区,在Af~Md(应力诱发马氏体转变极限温度)为超弹性区,高于Af温度产生滑移变形,形状不能完全恢复。在高于Ar温度低于Md温度区间施加外应力,产生应力诱发马氏体相变,在低应力下产生很大的应变,去除外力时,应力诱发马氏体立刻发生逆转变,应变消失,恢复到原始高温相的形状,即称为超弹性。

  应用

  钛镍形状记忆合金在电子仪器、机械器具、汽车、家电、建筑、能源、宇航、玩具、服装、医疗等领域得到广泛应用。尤其90年代TiNi记忆合金在医学临床应用得到迅猛发展。工业产品有各种温度自动调节器、管接头、火灾报警器、记录用笔的驱动部件、发动机防热风扇离合器、排气自动调节喷管、淋浴器、手机天线、记忆合金文胸等,医疗产品有牙科矫形丝、人工关节、接骨锔钉、聚膑器、脊柱矫形棒、TiNi记忆合金各种支架,如食道、胆道、血管、气管、前列腺尿道等记忆合金支架来治疗各类管腔狭窄等。

钛镍形状记忆合金的主要性能

合金特点

单位

密  度

g/cm 3

6.4-6.5

熔  点

1310

弹性模量

马氏体

GPa

28-41

奥氏体

GPa

83

硬度

马氏体

Hv

180-200

奥氏体

Hv

200-350

抗拉强度

退火态

MPa

850

加工态

MPa

1900

屈服强度

马氏体

MPa

70-140

奥氏体

MPa

195-690

延伸率

退火态

%

25-50

加工态

%

5-10

相变温度

-100-100

%

8

最大回复应力

MPa

600