镍钛记忆合金平板

编      号: 002

材      质: 0.1MM-30MM厚度

规格尺寸: 低温眼镜用板,医疗常温用板,高温电子元件用板

产品介绍:

 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