• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nitinol



    Podstrony: [1] 2 [3] [4] [5] [6]
    Przeczytaj także...
    Węglik tytanu (TiC) – nieorganiczny związek chemiczny z grupy węglików (węglik międzywęzłowy). Jest ze względu na swoją twardość wykorzystywany jako materiał części roboczej narzędzi skrawających, takich jak skalpele i żyletki.Czynnik rakotwórczy, czynnik onkogenny, karcynogen, kancerogen – czynnik, który powodując mutację materiału genetycznego, przyczynia się do rozwoju choroby nowotworowej.
    Struktura faz NiTi[ | edytuj kod]
    Rys. 1. Poglądowa struktura fazy austenitycznej i martenzytycznej NiTi.
    Rys. 2. Poglądowe przedstawienie zniekształcenia struktury austenitu (B2) w fazę R.

    Faza NiTi charakteryzuje się uporządkowaną siecią regularną typu CsCl (B2). Parametr sieci komórki elementarnej silnie zależy od składu chemicznego i temperatury. Obecnie przyjmuje się, że parametr ten wynosi około 0,3 nm (najdokładniejszy pomiar to 0,3015 nm). W komórce przypisać można jeden atom niklu oraz jeden atom tytanu (pozycje 0,0,0 i ½,½,½). W stopie o składzie stechiometrycznym podczas jego chłodzenia występuje powyżej temperatury Ms (temperatura początku przemiany martenzytycznej) kilka zjawisk, które mają naturę dyfuzyjną. Jednym z nich jest przemiana przedmartenzytyczna. Objawia się ona przemianą sieci B2 w sieć tzw. fazy R. Stanowi ona romboedryczne zniekształcenie sieci NiTi. Wyznaczono, że jej parametr sieci wynosi 0,903 nm, a kąt α 89,3°. Martenzyt termosprężysty NiTi charakteryzuje się występowaniem w sieci jednoskośnie zniekształconej sieci rombowej typu AuCd (B19'). Parametry wynoszą kolejno a0 0,3015 nm, b0 0,412 nm i c0 0,4622 nm. W komórce zawrzeć można dwa atomy niklu i tytanu.

    Układ rombowy - układ krystalograficzny, w którym trzy osie różnej długości są w stosunku do siebie prostopadłe.Wyciskanie (ekstruzja) – rodzaj obróbki plastycznej metali i tworzyw sztucznych. Materiał pod naciskiem stempla wypływa przez otwór lub otwory w narzędziu albo przez szczeliny utworzone przez narzędzia.

    Istota zjawiska[ | edytuj kod]

     Osobny artykuł: Efekt pamięci kształtu.

    Nitinol ulega termosprężystej, odwracalnej przemianie martenzytycznej. Odwracalność oznacza, że ogrzewanie materiału powyżej temperatury początku przemiany (Ms) spowoduje zmianę struktury krystalicznej na austenityczną. Chłodzenie z fazy austenitycznej spowoduje powrót do sieci krystalicznej martenzytu. Przemiana w obu kierunkach jest natychmiastowa.

    Stopy z pamięcią kształtu – materiały inteligentne, w których zachodzi odwracalna, termosprężysta przemiana martenzytyczna lub zmiana orientacji krystalicznej martenzytu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.Nikiel (Ni, łac. niccolum) – pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym. Został odkryty w roku 1751 przez szwedzkiego chemika, Axela Cronstedta. W 1804 r. otrzymano go po raz pierwszy w stanie czystym. Przed naszą erą był używany w stopach z miedzią i cynkiem.

    Struktura martenzytu posiada zdolność do ulegania ograniczonemu odkształceniu bez zerwania wiązań atomowych. Odbywa się to mechanizmem bliźniakowania.

    Skład chemiczny stopu ma bardzo duży wpływ na przebieg przemiany martenzytycznej.



  • bezpośrednia przemiana - dla nitinolu wzbogaconego w tytan zachodzi:
  • Stent - niewielka "sprężynka", najczęściej ze stali 316 LVM lub stopu chromowo-kobaltowego, umieszczana wewnątrz naczynia krwionośnego w celu przywrócenia drożności naczynia. Elastyczność zapewnia specjalna konstrukcja z falistymi połączeniami zygzakowatych drucików stanowiących właściwe rusztowanie.Bliźniakowanie – jeden z mechanizmów odkształcenia plastycznego. Jest to nagły proces poślizgu zachodzący w niewielkim obszarze struktury, ściśle ograniczonym przez granice bliźniacze.



    Ciągnienie – proces technologiczny stosowany w metalurgii polegający na formowaniu drutu lub pręta poprzez przeciąganie materiału wyjściowego w postaci: walcówki, prasówki, lub krajki poprzez otwór ciągadła, którego pole przekroju jest mniejsze niż pole przekroju poprzecznego przeciąganego materiału. W wyniku tego następuje zmniejszenie średnicy obrabianego przedmiotu oraz jego wydłużenie, może też nastąpić zmiana kształtu przekroju. Podczas ciągnienia zachodzi umocnienie materiału (zwiększenie własności wytrzymałościowych okupione zmniejszeniem własności plastycznych).Połączenie spawane – rodzaj złącza powstającego w procesie fizycznym łączenia materiałów poprzez ich miejscowe stopienie i zestalenie. Stosowane np. do łączenia metali (głównie stali) i tworzyw sztucznych. Przy spawaniu zwykle dodaje się spoiwo spawalnicze, tj. stapiający się wraz z materiałem rodzimym materiał dodatkowy, wypełniający spoinę.
  • symetryczna przemiana - dla nitinolu wzbogaconego w nikiel, kobalt lub żelazo zachodzi:
  • Skrótowiec lub akronim (z gr. ákros = skrajny) – słowo utworzone przez skrócenie wyrażenia składającego się z dwóch lub więcej słów. Istnieje także niewielka grupa skrótowców powstałych ze skrócenia jednego słowa. W ujęciu słowotwórczym, skrótowce to specyficzna klasa derywatów. Derywaty te funkcjonują w polszczyźnie pisanej i mówionej. Skrótowiec często bywa mylony ze skrótem.Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko powstawania siły elektromotorycznej w przewodniku na skutek zmian strumienia pola magnetycznego. Zmiana ta może być spowodowana zmianami pola magnetycznego lub względnym ruchem przewodnika i źródła pola magnetycznego. Zjawisko to zostało odkryte w 1831 roku przez angielskiego fizyka Michaela Faradaya.



    Efekt pamięci kształtu – efekt indukowany przez zmianę temperatury lub przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego. Termosprężysta pamięć kształtu polega na tym, iż po odkształceniu materiału przy odpowiedniej temperaturze oraz następnym nagrzaniu do nowej, wyższej temperatury następuje powrót odkształconego elementu do pierwotnego kształtu. Zjawisko fizyczne pojawiające się na skutek zachodzenia bezdyfuzyjnej, odwracalnej, termosprężystej przemiany martenzytycznej. Jest przemianą heterogeniczną (można wyróżnić etap zarodkowania i wzrostu zarodków) i atermiczną (kinetyka przemiany fazowej jest niezależna od czynników ją indukujących). Magnetyczny efekt pamięci kształtu polega na zmianie orientacji martenzytu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.Robot – mechaniczne urządzenie wykonujące automatycznie pewne zadania. Działanie robota może być sterowane przez człowieka, przez wprowadzony wcześniej program, bądź przez zbiór ogólnych reguł, które zostają przełożone na działanie robota przy pomocy technik sztucznej inteligencji. Roboty często zastępują człowieka przy monotonnych, złożonych z powtarzających się kroków czynnościach, które mogą wykonywać znacznie szybciej od ludzi. Domeną ich zastosowań są też te zadania, które są niebezpieczne dla człowieka, na przykład związane z manipulacją szkodliwymi dla zdrowia substancjami lub przebywaniem w nieprzyjaznym środowisku.
  • asymetryczna przemiana - dla nitinolu o stechiometrycznym składzie zachodzi:
  • Obróbka cieplna – zbiorcza nazwa obróbek materiałów metalowych polegających na odpowiednim nagrzewaniu, wygrzewaniu i chłodzeniu do zadanych temperatur i z określoną szybkością, w celu zmiany własności stopu w stanie stałym. Celem stosowania operacji i zabiegów obróbki cieplnej jest np. zmiana własności mechanicznych i plastycznych poprzez zmianę struktury. Operacje te przeprowadza się również z zastosowaniem dodatkowych czynników np. obróbki mechanicznej lub chemicznej.Promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie rtg, promieniowanie X, promienie X) – rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, które jest generowane podczas wyhamowywania elektronów. Długość fali mieści się w zakresie od 10 pm do 10 nm. Zakres promieniowania rentgenowskiego znajduje się pomiędzy nadfioletem i promieniowaniem gamma.

    Układ jednoskośny - układ krystalograficzny, w którym są trzy osie różnej długości, z czego dwie są w stosunku do siebie prostopadłe, a trzecia jest ustawiona skośnie.Wykres fazowy (diagram fazowy) – dla różnych faz pozostających w stanie równowagi – zależność składu danej fazy od składu innej fazy; wykres taki zawiera informację na temat obszarów lub punktów współistnienia, w których istnieją jednocześnie różne fazy.

    Przemiany NiTi⇔NiTi' i R⇔NiTi' są przemianami pierwszego rodzaju. Występowanie dwóch przemian w procesie nagrzewania martenzytu (poprzez fazę R) wykazano dla stopów, w których odwrotna przemiana martenzytyczna zachodzi, poniżej temperatury tworzenia się fazy R (TR). Dokładnie odbywa się to, gdy różnica temperatur TR i Ms jest większa, niż histereza temperatur przemiany R→NiTi' (B19'). Dzieje się tak w stopach bogatych w nikiel oraz w dodatki stopowe jak kobalt i żelazo. Każdy pierwiastek stopowy obniża temperaturę Ms, jednocześnie mając mały wpływ na TR. Istnieje możliwość wymuszenia takiego typu przemiany w nitinolu o dowolnym składzie poprzez zastosowanie odpowiedniego odkształcenia lub oddziaływaniem innymi przemianami fazowymi na wielkość temperatury Ms.

    Odkształcenie sprężyste - odkształcenie, które ustępuje po usunięciu siły, która je spowodowała. Siła, która powoduje, że odkształcenie jest sprężystym nosi nazwę siły spreżystości. Odkształcenie sprężyste metali zachodzi poprzez przemieszczanie się atomów na odległości nie większe niż odległości sieciowe, dzięki czemu nie następują zasadnicze zmiany w ułożeniu atomów w sieci.Węglik spiekany (twardy metal, stop spiekany, widia) – materiał narzędziowy uzyskany metodami metalurgii proszkowej z węglików takich metali jak wolfram, tytan, rzadziej tantal, niob, cyrkon lub chrom.

    Obróbka cieplna ma znaczący wpływ na mechanizm zachodzenia przemiany martenzytycznej. Przede wszystkim są to:

  • starzenie stopów o podwyższonej zawartości niklu
  • niskotemperaturowe wyżarzanie bezpośrednie po odkształceniu na zimno
  • cykliczne powtarzanie przemiany.
  • Własności[ | edytuj kod]

    Wybrane właściwości[ | edytuj kod]



    Własności fizyczne[ | edytuj kod]

    Nitinol jest stopem paramegnetycznym o niskiej podatności magnetycznej. Charakteryzuje się niską przewodnością cieplną w porównaniu do innych metali i ich stopów. Silnie absorbuje promieniowanie rentgenowskie i utrudnia to obserwację przy użyciu tego spektrum fal elektromagnetycznych..

    Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego.Miedź (Cu, łac. cuprum) – pierwiastek chemiczny, z grupy metali przejściowych układu okresowego. Nazwa miedzi po łacinie (a za nią także w wielu innych językach, w tym angielskim) pochodzi od Cypru, gdzie w starożytności wydobywano ten metal. Początkowo nazywano go metalem cypryjskim (łac. cyprum aes), a następnie cuprum. Posiada 26 izotopów z przedziału mas 55-80. Trwałe są dwa: 63 i 65.

    Własności mechaniczne[ | edytuj kod]

    Rys. 3. Wpływ składu chemicznego nitinolu na temperaturę Ms.

    Własności mechaniczne nitinolu są silnie podatne na zmiany struktury i przebieg przemian fazowych. Za przykład mogą posłużyć dwa modelowe stopy o różnym składzie chemicznym. W tabeli poniżej zestawiono ich najważniejsze własności:

    Metalurgia proszków – metoda wytwarzania przedmiotów z proszków metali bez topienia ich. Oddzielne cząstki proszków łączą się ze sobą w jednolitą masę podczas wygrzewania silnie sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub obojętnej. Proces metalurgii proszków jest ekonomiczną metodą wielkoseryjnej produkcji elementów o niewielkich prostych kształtach, w wyniku której uzyskuje się w pełni zwarte sprasowane komponenty. Technologia ta umożliwia uzyskanie jednorodnej mikrostruktury wolnej od niemetalicznych wtrąceń i defektów.Wyżarzanie – jeden z zabiegów obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wytrzymaniu przy tej temperaturze oraz następnym powolnym studzeniu. Celem obróbki jest przybliżenie stanu materiału do warunków równowagi.

    Na rysunku 3 przedstawiono wykres zależności składu chemicznego nitinolu od wysokości temperatury Ms. Dla składu chemicznego stechiometrycznego Ni50Ti50 temperatura ta wynosi około 65 °C. Wraz ze wzrostem ilości tytanu można zaobserwować jej nieznaczny wzrost. Ilość niklu w stopie ma dużo większy wpływ. Już nawet niewielkie odejście od składu stechiometrycznego powoduje spadek temperatury Ms, nawet do wartości dużo niższych od 0 °C. Materiały metaliczne, które można sprężyście odkształcić do około 1%, źle wypadają na tle "materiałów" biologicznych (włosy, kości, ścięgno), które można odkształcić nawet do 10%. Własności nitinolu są zbliżone do tkanek żywych. Dzięki istnieniu pseudosprężystości stop jest w stanie bardzo duże odkształcenie może być zakumulowane, a po zdjęciu naprężenia wyzwolone. Nitinol można średnio 10 razy więcej zgiąć, niż stal nierdzewną.

    Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka. Ze względu na skalę zjawiska, rozpatruje się dwa podstawowe rodzaje dyfuzji:Włos (l.mn. włosy, łac. pili) – nitkowaty, zrogowaciały, wyspecjalizowany twór naskórka, występujący wyłącznie u ssaków, na powierzchni ich skóry, zbudowany z twardej, spoistej keratyny. W entomologii termin włosy (łac. comae, pili, chaetae) lub włoski stosowany jest w odniesieniu do niektórych wytworów oskórka stawonogów, w tym do szczecinek (saetae, setae).

    Własności chemiczne[ | edytuj kod]

    Z użytkowego punktu widzenia dla nitinolu istotna jest stabilność chemiczna i odporność na utlenianie w wysokich temperaturach. Do temperatury około 600 °C stop jest stabilny i pokrywa się równomierną, cienką warstwą tlenku. W zakresie 600 °C do 1000 °C zaobserwowano znaczne przyspieszenie zjawisk związanych z utlenianiem. Powyżej 800 °C warstwa tlenków zaczynała pękać i degradować się. W niektórych procesach wytwórczych istnieje groźba nawęglenia stopu. Najczęściej wtedy w stopie pojawia się zanieczyszczenie w postaci TiC. Z tego powodu udział tytanu w stopie bardzo mocno się kurczy. Podatność na utlenianie nadmieniona powyżej jest niezwykle uciążliwa w przypadku wytapiania stopu. Bardzo szybko tworzą się tlenki typu Ti2NiOx, Ti4Ni2O. Tak samo jak w przypadku węgla przede wszystkim zmniejsza się udział tytanu w stopie. Potrzeba wytworzenia stopów o niemalże idealnym składzie chemicznym spowodowała, że w przypadku wytwarzania nitinolu prym wiodą techniki próżniowe eliminujące problem dużego powinowactwa tytanu do tlenu i węgla. Każdy dodatek stopowy powoduje obniżenie temperatury Ms, ale pogarsza wydajność efektu pamięci kształtu i pseudosprężystości.

    Przemiana perytektyczna – odwracalna przemiana fazowa, w wyniku której przy chłodzeniu z cieczy i fazy stałej o składzie perytektycznym wydziela się nowa faza stała (perytektyka). Dla określonych układów o danym składzie chemicznym zachodzi w konkretnej temperaturze, zwanej perytektyczną.Przemiana fazowa (przejście fazowe) – proces termodynamiczny, polegający na przejściu jednej fazy termodynamicznej w drugą, zachodzący w kierunku zapewniającym zmniejszenie energii swobodnej układu

    Ograniczenia[ | edytuj kod]

    Nikiel nie jest obojętny dla organizmu, toteż początkowo istniały obawy, co do jego zastosowań nitinolu związanych z medycyną. Jest alergenem oraz substancją rakotwórczą. Udowodniono, że poprawnie elektrochemicznie wypolerowany i pasywujący się stop nie niesie zagrożenia. Odpowiada za to szczelna i stabilna warstwa tlenku TiO2.

    Stechiometria – dział chemii zajmujący się stosunkami ilościowymi przemian związków chemicznych zachodzących w czasie reakcji chemicznych. Analiza stechiometryczna obejmuje:Stop metali (dawniej także: aliaż) – tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle pogarszają plastyczność, przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne. Często zmniejszają również odporność na korozję.

    Nitinol jest stopem bardzo trudno spawalnym. Uniemożliwia to uzyskanie skutecznego połączenia między komponentami wykonanymi z tego samego materiału, albo innych metali.

    Podstrony: [1] 2 [3] [4] [5] [6]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Kość (łac. os, lm ossa; gr ostéon) – narząd, budujący układ kostny. Nauką zajmującą się kośćmi jest osteologia.
    Nawęglanie – zabieg cieplny polegający na dyfuzyjnym nasyceniu węglem warstwy powierzchniowej obrabianego materiału. Nawęglaniu poddaje się stale niskowęglowe (do 0,25% zawartości węgla), by zmodyfikować własności warstwy wierzchniej materiału w dalszych fazach obróbki np. zwiększyć jej twardość, a co za tym idzie odporność na ścieranie, przy równoczesnym pozostawieniu miękkiego, elastycznego rdzenia stali niskowęglowej. Zawartość węgla w strefie nawęglania wzrasta do 1–1,3%, a głębokość nawęglania wynosi najczęściej 0,5 do 2 mm.
    Silnik cieplny – urządzenie (maszyna cieplna), które zamienia energię termiczną (cieplną) w energię mechaniczną (praca) lub elektryczną.
    Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (ang. chemical vapour deposition) jest to jedna z metod obróbki cieplno-chemicznej materiałów. Służy do nanoszenia cienkich powłok na obrabiany materiał w celu zwiększenia/zmiany właściwości fizycznych, chemicznych lub mechanicznych powierzchni obrabianego materiału.
    Podatność magnetyczna – współczynnik proporcjonalności w równaniu określającym wielkość namagnesowania jako funkcję natężenia pola magnetycznego:
    Komórka elementarna - w krystalografii - najmniejsza, powtarzalna część struktury kryształu, zawierająca wszystkie rodzaje cząsteczek, jonów i atomów, które tworzą określoną sieć krystaliczną. Komórka elementarna powtarza się we wszystkich trzech kierunkach, tworząc zamknięta sieć przestrzenną, której główną cechą jest symetria. Komórka elementarna ma zawsze kształt równoległościanu.
    Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki o podobnych parametrach wymiarowych jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi gorący promień lasera oraz gaz techniczny o dużej czystości. W zależności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy) cięcie przeprowadza się na trzy sposoby: metodą spalania, stapiania lub sublimacji.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.09 sek.