Nikel ne kadar güçlü - titanyum alaşımı
- 20. yüzyılın ortasındaki keşfinden bu yana, genellikle "metallerin transformatörü" olarak adlandırılan nikel - titanyum alaşımı, benzersiz şekil bellek etkisi ve üstünlüğü sayesinde tıbbi, havacılık ve akıllı cihaz endüstrilerinde devrim yaratmıştır. Gücü özellikle dikkate değer değildir, sadece aşırı streslere kırılmadan dayanamaz, ancak tekrarlanan deformasyondan sonra da iyileşebilir. Bu güç ve esneklik kombinasyonu geleneksel metallerin yeteneklerini aşar.
Gerilme mukavemeti
Nikel - titanyum alaşımının gerilme mukavemeti tipik olarak 850 MPa'nın üzerindedir, sıradan tıbbi paslanmaz çeliğin (yaklaşık 600 - 800 MPa) ve hatta yüksek - mukavemetli titanyum alaşımlarının seviyesine yaklaşır. Verim gücü 195 ila 690 MPa arasında değişir ve ısıl işlem yoluyla tam olarak kontrol edilebilir. Örneğin, 400 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda tavlama, daha yüksek bir akma mukavemeti verir, bu da uzun - terim yükü - rulman gerektiren yapısal bileşenler için uygun hale getirir. Daha düşük - Sıcaklık tavlama, esnek cihazların taleplerini karşılayarak verim gücünü azaltır ve esnekliği artırır. Bu ayarlanabilirlik, nikel-titanyum alaşımlarının hem mukavemet hem de esnekliğin ikili gereksinimlerini karşılamasını sağlar.
Üstünlük
Nitinol'un "üstünlük" gücünün bir başka boyutudur. Stres altında,% 25 ila% 50 (sıradan metaller için yaklaşık% 1'e kıyasla) elastik deformasyona tabi tutulabilir ve boşaltıldıktan sonra, kalıcı deformasyon göstermeyen orijinal şekline tamamen iyileşir. Bu özellik benzersiz martensitik dönüşüm mekanizmasından kaynaklanmaktadır: Dış kuvvet kritik bir değere ulaştığında, malzemenin iç kristal yapısı stabil bir östenit fazından sünek martensit fazına dönüşür ve büyük miktarda enerjiyi emer. Dış kuvvet kaldırıldığında, faz dönüşümü tersine çevrilir, enerjiyi serbest bırakır ve malzemeyi orijinal şekline geri döndürür. Bu işlem, nikel - titanyum alaşımlarının, darbe veya tekrarlanan yüklere maruz kaldığında statik güçlerini aşan "dinamik tokluk" sergilemelerini sağlar. Örneğin, kalp stentlerinde, yorgunluk kırığı olmadan kan damarı nabzını genişletebilir ve büzebilirler.
Yorgunluk hayatı
Güç sadece tek - yük taşıma kapasitesine değil, aynı zamanda uzun - terim güvenilirliğine de yansır. Nikel - titanyum alaşımlarının 1 × 10⁷ döngüleri aşan yorgunluk ömrü vardır. Bu, implante edilebilir cihazların (kalp kapak çerçeveleri ve ortopedik fiksasyon pimleri gibi), insan vücut sıcaklığı (37 derece) ve kan akışının döngüsel stresleri altında bozulma olmadan onlarca yıl boyunca stabil bir şekilde çalışabileceği anlamına gelir. Bu yüksek yorgunluk ömrü iki ana mekanizmadan kaynaklanmaktadır: birincisi, faz dönüşümü sırasında enerji dağılımı stres konsantrasyonunu azaltır; İkincisi, aşındırıcı ortamın penetrasyonunu etkili bir şekilde bloke eden ve mikro çatlakların yayılmasını önleyen yüzey oksit tabakasının (TIO₂) yoğun yapısı.
Hafif ve yüksek mukavemetin "mükemmel bir dengesi"
Nikel - Titanyum alaşımları, çelikten yaklaşık iki - üçte üçte bir yoğunluğa sahiptir, ancak yüksek {{{}}} rulman kapasitesi yüksek -} rulman kapasitesi yüksek - mukavemetli çelik ile karşılaştırılabilir. Bu "hafif ama güçlü" kombinasyon onları havacılık endüstrisi için ideal bir malzeme haline getirir. Örneğin, uydu güneş paneli dağıtım mekanizmalarında, nikel - titanyum alaşım yayları, son derece düşük sıcaklıklarda esnekliği koruyarak hassas dağıtımı sürdürür. Uçak kanadı düzenleyicilerinde, süperelastisitesi hava akışı şokunu emerken, ağırlığı azaltır ve yakıt verimliliğini artırır. Tıp alanında hafifleme de çok önemlidir. Nitinol ortopedik implantlar, aşırı ağırlık nedeniyle çevreleyen dokuya zarar vermeden yeterli destek sunar.
Korozyon direnci
Nitinolün korozyon direnci, yüzeyinde oluşan pasif oksit tabakası (Tio₂ ve Nitio₃) sayesinde 316L tıbbi paslanmaz çeliğin direncini aşar. Simüle edilmiş insan vücudu sıvılarında (Hank çözeltisi gibi), korozyon oranı sadece bir - paslanmaz çelikten onuncudur ve yüzey nikel iyon salımı 0.2ug/cm²/gün güvenlik eşiğinin çok altında 0.05ug/cm²/günden azdır. Bu korozyon direnci sadece cihaz ömrünü uzatmakla kalmaz, aynı zamanda metal iyonu birikiminin neden olduğu enflamatuar reaksiyonları önler ve uzun - terim implantları için biyogüvenlik sağlar.
Nitinolün "zekası"
Nitinolün güç avantajları, şekil bellek etkisi ve biyouyumluluk ile birleştiğinde, malzeme biliminin sınırlarını zorluyor. Örneğin, gümüş ve Hafnium gibi elemanlar ekleyerek, hem antibakteriyel özelliklere sahip hem de yüksek mukavemete sahip nikel - titanyum - tabanlı kompozit malzemeler geliştirilebilir. Elektron ışını eritme teknolojisi,%99.99 saflığıyla nikel - titanyum alaşımları üretebilir, bu da mukavemetlerini ve korozyon direncini daha da artırır. Gelecekte, 3D baskı teknolojisi olgunlaştıkça, nikel - titanyum alaşımlarının gücü ve işlevselliği, kişisel ihtiyaçlara daha kesin bir şekilde uyarlanacak ve kişiselleştirilmiş tıp ve esnek robotik gibi alanlarda yeni olanaklar açılacaktır.
Kalp stentlerinden havacılık ve uzay bileşenlerine, akıllı sensörlerden ortopedik implantlara, nikel - titanyum alaşımları, güç ve esnekliği birleştirme felsefeleri ile malzemeler ve fonksiyonlar arasındaki sınırları yeniden tanımlayın. Bir metalden daha fazlası, güç ve esneklik, sertlik ve tokluk ile dayanıklılık ve uyarlanabilirlik arasındaki mükemmel dengeyi güçlendiren "düşünme" akıllı bir malzeme -.
