Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

Сплав титана и никеля практически в равных пропорциях (45% и 55%) принято называть нитинолом или никелидом титана. Данному сплаву присущи такие свойства, как память первоначальной формы и сверхупругость.

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

Нитинол

Эффект памяти первоначальной формы нитинола выражается в способности при повышении температуры воздействия до порога фазового превращения восстанавливать деформированный профиль в исходное состояние, которое было придано нитинолу при определенной температуре.

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

Схема эффекта памяти

Сверхупругость проявляется во время перехода при нагревании из одного структурного внутреннего состояния в другое. При достижении значения фазового превращения сплав как пружина принимает первоначальный вид.

Нитинол свое название получил путем сложения названий материалов (Ni – никель и Ti – титан) и лаборатории, где он был впервые получен (nol — Naval Ordnance Laboratory). Это произошло это в 1959 году.

Свойства нитинола

Физические свойства:

  • плотность нитинола – 6450 кг/м3;
  • плавление при температуре – 1300°С;
  • расширение при нагревании – 6,6·10-6;
  • тепловая проводимость – 18 Вт/м·град.;
  • упругость (модуль) – 40000 Па;
  • сверхупругость – выше стали в 20 раз;
  • сопротивление электротехническое – 76 Ом;
  • пластичность – высокая.

Нитинол – сплав, обладающий такими технологическими свойствами, как:

  • высокая коррозионностойкость;
  • высокая прочность;
  • запоминание исходного состояния;
  • восстановление до исходного состояния до 1 000 000 раз;
  • гашение вибраций;
  • допустимая деформация – 8%;
  • допустимое растяжение – до 12%;
  • внутреннее напряжение при восстановлении – 800 МПа;
  • предел прочности– 1000 МПа;
  • демпфирование – выше чугуна.

Из-за своих свойств нитинол плохо обрабатывается в холодном состоянии. Высокое значение упругости увеличивает силу трения и вызывает повышенный износ при контакте сплава с валами прокатных станов или штампов. При обработке резанием требуются высокотвердые материалы. Низкая теплопроводность препятствует отводу тепла от заготовки.

Сплав нитинол хорошо поддается обработке абразивными материалами – шлифованием, а также электроэрозионной и термической обработке. Резка из листового материала производится абразивным или лазерным способом.

К термической обработке предъявляются особые требования по причине того, что за счет нее производится регулирование температурного диапазона внутренних фазовых изменений. За образование обогащенных никелем фаз отвечает температура и продолжительность выдержки. При снижении количества молекул никеля в матрице повышается температурный предел фазовых изменений.

Способы придания соответствующих качеств нитинолу сочетают в себе холодную и термическую виды обработки. Этим же способом производится регулирование основных свойств нитинола.

Характеристика основного назначения нитинола (восстановление первоначальной формы) подразделяется на следующие типы:

  • Свободное восстановление. Измененная форма при низкой температуре восстанавливается при нагревании.
  • Принудительное восстановление. Процессы, протекающие внутри сплава аналогичны первому типу, но восстановление происходит при его умышленном подавлении. При этом возникают значительные внутренние напряжения.
  • Пружинные. При восстановлении изделия из нитинола происходит динамическое перемещение им другого предмета.

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, составЭффект памяти нитинолаНитинол: форма, применение, эффект памяти, составВнешний вид сплава

Производство нитинола осложнено тем, что трудно выдержать необходимые пропорции материалов, а при плавлении титан легко взаимодействует с кислородом, углеродом и азотом. При взаимодействии молекулы титана покидают кристаллическую решетку, и снижается температурный предел фазовых изменений.

Для производства нитинола в настоящих условиях широко используются такие методы плавления как:

  • вакуумно-дуговой;
  • вакуумно-индукционный.

Плавка вакуумно-дуговым методом осуществляется в среде вакуума, за счет образования дуги при пропускании электрического тока через сырье и плиту. Тигелем служит медная форма, оснащенная водяным охлаждением, которая препятствует проникновению сторонних элементов в расплав.

Плавка вакуумно-индукционным методом осуществляется за счет изменения (индукции) электрических полей, при этом происходит нагрев сырья. Процесс протекает под вакуумом. Тигель для данного плавления изготавливается из чистого углерода, поэтому в сплаве содержание углерода повышено.

В лабораторных условиях не доказано преимущество одного метода плавки над другим.

Также применяются и другие методы плавки:

  • плазменно-дуговая;
  • электронно-лучевая;
  • гарнисажная индукционная;
  • термо-вакуумическое осаждение.

Эффект памяти

Эффект памяти формы нитинола стал возможен благодаря изменению кристаллической решетки во время полиморфного превращения из фазы аустенита в фазу мартенсита.

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

Схема фазовых изменений нитинола

Нагретый сплав имеет исходную фазу – аустенит. При понижении температуры сплава исходная фаза самопроизвольно переходит в дочернюю фазу – мартенсит. Процесс обратимый, поэтому при нагревании холодного нитинола фазовое превращение протекает в обратной последовательности. К тому же скорость превращения занимает доли секунды.

Температурные интервалы между началом и концом фазовых изменений выражены точками Ан, Ак для аустенита и Мн, Мк для мартенсита. Температурный диапазон составляет порядка 30°С.

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

Температурные интервалы

Обладают эффектом памяти формы и другие сплавы, созданные на основе нитинола. При введении в него химических элементов как Fe, Mn, Cr, V, Ko температурный диапазон мартенситного превращения опускается до значения -190°С. Напротив Zn, No, Ta увеличивают данное значение почти до 100°С.

Применение

Благодаря своим уникальным качествам нитинол получил практическое применение во многих сферах нашей жизни:

  • Космическая и авиационная отрасли:
    1. антенны для искусственных спутников;
    2. плотные соединения (муфты), работающие в вакууме при низких температурах;
  • соединения авиационных элементов;
  • Системы безопасности:
    1. предохранители;
    2. тепловые датчики пожарной сигнализации;
  • автоматическое открывание рам для теплиц;
  1. регулятор температуры;
  2. бойлеры;
  • Роботизация (5 степеней подвижности одного узла);
  • Автомобильная отрасль:
    1. датчик температуры охлаждающей жидкости;
    2. включение противотуманок;
  • Нефтедобывающая отрасль (автоматизированное управление);
  • Медицина:
  1. штифты;
  2. фиксаторы;
  3. приспособления для реабилитации;
  • Мода;
  • Ювелирные украшения.

Самописцы в качестве привода используют нитинол. При подаче напряжения, когда изменяются контролируемые параметры, нитиноловая проволока нагревается. Происходит изменение длины проволоки, и перо с чернилами перемещается по диаграмме.

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/nitinol.html

Нитинол: металл с эффектом памяти формы

Для большинства людей, в восприятии окружающего мира, одним из устойчивых понятий является – прочность, надежность и устойчивость формы металлических изделий и конструкций из него, которые стабильны в своей форме, если их не подвергают критическому воздействию.

Мифы и заблуждения

Долгие годы процесс неупругой деформации считалась абсолютно необратимым. В шестидесятых годах 20 века американские ученые Уильям Бюлер и Фредерик Ванг открыли целый класс металлических сплавов, процесс неупругой деформации в которых происходит по средствам структурных превращений.

В них при нагревании, после предварительной деформации, происходит процесс возврата к исходной форме.

Активизация такого материала происходит при t приблизительно 40 градусов. Смена температуры воздействует на кристаллическую решетку нитинола, которая изменяет свою конфигурацию, переходя из одной фазы в другую.

Материалы данного класса показали, что процесс неупругого деформирования – вполне обратим.

Произвольная смена форм осуществляется в изотермических условиях и при смене температуры. Явление запоминания формы невозможно подавить значительным силовым воздействием, а степень реактивных напряжений способна приближаться до 1000-1300Мпа.

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

Эффект памяти формы

Эффект памяти формы —  возобновление изначальной формы под действием тепла, наблюдающееся у определенных материалов в следствии предварительной деформации.

ЭПФ проявляется в следующем- металл, обладающий заданои формой в аустенитном состоянии под воздействием повышенной t, деформируются в следствии снижнной t мартенситных превращений. В следствии перегревания, возобновляется первичный вид металла.

  • Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав
  • ЭПФ присущ материалам обладающим термоупругими мартенситными превращениями, когерентностью решеток первичной аустенитной и мартенситной фаз, низким значением гистерезиса структурного превращения, а также несущественными сменами объема при превращениях.

НИТИНОЛ

Одним из самых изученных и широко применяемых сплавов обладающих эффектом памяти формы, по праву считается никелид титана, он же нитинол. Нитинол представляет собой интерметаллическое соединение эквиатомного состава с 55% никеля, 45% титана. t плавления сплава — 1240—1310  C, плотность — 6,45 г/см3.

Никелид титана может быть датчиком или находиться в роли исполнительного механизма.

Другими словами, в этом материале есть свои датчики, которые способны фиксировать внешнее воздействие, проводить обработку, и даже осуществлять контроль над ними в режиме реального времени. Перестройка структуры может осуществляться самостоятельно, или передаваться по ЭВМ, которые программируют, с учетом требований к конструкции, условиям эксплуатации, характеристик материала и т.д.

Свойства нитинола:

  • достаточно сильная коррозионностойкость;
  • высокая степень:
  • прочности;
  • запоминания и восстановления формы;
  • поглощения энергии вибрации, которая зависит от напряжений в материале.
  • уровень деформации в пределах 8 % — абсолютно восстановим;
  • степень напряжения восстановления достигает до 800 МПа;
  • хорошая биологическая совместимость;
  • помимо этого, нитинол в 10 раз эластичнее любого металла.

Существенным минусом никелида титана является плохая технологичность (сложность выдержки пропорций элементов, плавления, переработки, сварки и обработки металла) и большая стоимость.

Малая технологичность заключается в том, что титан, входящий в состав способствует легкому присоединению азота и кислорода и для предотвращения окисления требуется использование вакуумирования.

В следствии высокой степени прочности сплава, затрудняется его обработка для изготовления деталей, а тем более способом резания. Учитывая особые свойства нитинола, даже при существенно высокой стоимости, масштабное его производство и изделий из него, также, как и сплавов системы Медь-Цинк- Алюминий, нашли широкое применение в различных видах промышленности и рыночный сбыт.

Немножко науки

Как мы уже говорили, нитинол на 55% состоит из никеля и на 45% из титана. Однако, варьируя проценты их содержания, можно значительно корректировать температуры фазовых переходов и воздействовать на ширину гистерезиса фазовой диаграммы. В различных материалах с ЭПФ период t фазовых переходов находится в пределах от 4,2 до 1300 К.

Гистерезис — (греч.то, что отстает, поздний) некая зависимость изменения физической величины, которая характеризует определенное состояние или свойство тела, от изменения физической величины, характеризующей внешние условия.

Гистерезис обусловлен необратимыми изменениями в теле, которые возникают от действия внешних факторов, в результате чего тело, из-за остановки влияния на него, характеризуется так называемыми остаточными характеристиками (остаточным намагничиванием, электризацией, деформацией и т.п).

Рис. 1.3. Влияние t на фазовый состав сплава с обратимыми мартенситными превращениями

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

t мартенситных превращений (ТМП) коррелируются с общим составом материала. Обогащение его ткимим элементами, как железо, марганец, хром, ванадий, кобальт способствуют уменьшению Мн и Мк до –1960С, а добавление в содержание цинка, ниобия, тантала– к росту этих значений (до +100С). Медь и кремний имеют несущественное воздействие на t превращений.

Применение металла с памятью

Есть мнение, что ионы никеля могут выходить из состава сплава.

Этот факт делает невозможным  использование нитинола в каждой медицинской отрасли. Поскольку проведенные эксперименты, на счет токсичности и канцерогенности сплавов никеля, имеют неоднозначные результаты. А часть ученых вообще считают его опасным аллергеном, а другие придерживаются мнения ,что он совершенно безопасен для тканей человека.

Читайте также:  Универсальные токарно-винторезные станки: устройство

Даже несмотря на то, что никелид титана наиболее изученный материал с памятью формы, на 100% утверждать о его полной совместимости с клетками и тканями человека мы не можем.

Это интересноВ Канадском Университете Ватерлоо создали сплав способный запомнить сразу более одной ранее заданной формы.

Технология создания металла с памятью формы заключается в создании определенных переходных фаз, способных реагировать на различные температуры и могут плавно менять форму предмета.

Каждое изменение формы привязано к определенной температуре, что позволяет создавать различные подвижные механизмы, такие как манипуляторы роботов, ловкие, но без сложной кинематики.

ЭПФ широко применяют в:

  • медицине,
  • стоматологии,
  • космическом строительстве,
  • изготовлении двигателей,
  • при производстве эксклюзивных ювелирных изделий и высокотехнологичной одежды.
  1. Украшения декорируют цветками, которые в результате касания тела, раскрывают бутоны, демонстрирую находящийся внутри драгоценный камень.
  2. А совсем недавно брэнд СогроNova (Италия) предложил элемент мужской одежды, в котором на пять нейлоновых волокон приходится одна проволока из нитинола. «Фишками» такой рубашки были рукава, которые при нагревании до t 35 C закатить, далее охладить и опустить, то при последующем достижении t 35 C рукава закатываются самостоятельно. Но главная ее особенность в том, что после глажки при t 50 C она запоминает форму, и после многократного комканья, при воздействии тепла, до нагревания до той же температуры вновь станет, словно свежевыглаженная.
  3. В строительстве космических объектов, при открытии ближнего и дальнего космического пространства, существует ряд сложностей с осуществлением доставки и монтажа различных громоздких конструкций в открытое пространство.

    Так вот, из нитинола создают антенны, конструкция которых состоит из листов и стержней, скрученных в спираль и помещенных в специальный люк в спутнике. Когда он выходит на орбиту, антенна нагревается солнечным излучением и отправляется наружу.

    Отдельной сложностью является соединение громоздких космических объектов в просторах космоса, доставка которых возможна исключительно отдельными частями,  а к сожалению стандартные способы объединения элементов, по средствам сварки, пайки, склеивания, клепки и других, в космосе — невозможны, поскольку существуют специальные максимально повышенные требования по технике безопасности. Учитывая эту специфику, была разработана эксклюзивная технология по соединению деталей в космосе с задействованием муфт из металла ТН-1.  Ее использовали в процессе соединения конструкции фермы из алюминиевых сплавов длинной в 14,5 м) с поперечным квадратным сечением со сторонами 0,5х0,5 метра. Ферма была выполнена из обособленных трубчатых элементов ф 28 мм, соединенных нитиноловой муфтой, обладающей ЭПФ.

Можно еще много рассказывать о сферах применения нитинола, в строительстве (высотное, сейсмостойкое, гидросторительство( мосты, дамбы, трубопроводы), в машино- и станкостроении, в медицине и стоматологии и т.д., важно то, что за последние 25 лет конструкционные материалы с памятью получили широкое применение именно в авиа-космическом строительсве.

  1. Благодаря открытию материалов с ЭПФ открылись возможности сосдания перспективных самолетов, ракет, больших космических конструкций, обеспечивающих высокие пилотажные характеристики, низкие уровни шума и вибраций, а также гарантирующий полный мониторинг их состояния.
  2. Создание подобных конструкций — шаг к внедрению новых структурных технологий, включающих разработку материалов, испытание, анализ, проектирование, производство и техническое обслуживание
  3. В последенее время создание новых конструкционных (функциональных) материалов, а так же разработка технологий их создания, необходимы для обеспечения конкурентоспособности высокотехнологичных секторов промышленности и экономики страны.

Источник: https://vikant.com.ua/news/epf

Сплавы с эффектом памяти формы: изучение и применение

Нитинол: форма, применение, эффект памяти, состав

Описание

Данная работа посвящена изучению свойства эффекта памяти формы у сплава титана и никеля (нитинола). В ходе работы были проведены опыты с нитиноловой проволокой и собрана модель чехла для сотового телефона с термоконтроллером из нитиноловой проволоки.

  • Цель
  • Собрать модель термоконтроллера,  используя сплав, с эффектом памяти формы.
  • Результат

Авторы ознакомились с теоретическим материалом по выбранной теме. Был изучен физический смысл эффекта памяти формы.

Во время проведения опытов авторы освоили принцип действия и работу  приборов цифровой лаборатории и изучили свойства нитиноловой проволоки. Были рассмотрены модели и образцы различных чехлов для мобильных телефонов.

Авторы провели необходимые расчеты для оптимально удобного образца термоконтроллера и осуществили сборку модели чехла телефона с термоконтроллером для «игроманов».

Оснащение и оборудование, использованное в работе:

  1. Источник питания регулируемый 10А.
  2. Датчик тока 2,5А.
  3. Датчик температуры.
  4. Цифровые весы.
  5. Термометр.
  6. Секундомер.
  7. Нетбук Aquarius.
  8. Нитиноловая проволока.
  9. Пластиковый контейнер.
  10. Электрический чайник.
  11. Термос.
  12. Провода.
  13. Зажимы.
  14. Трубка ПВХ.
  15. Лоскут ткани.
  16. Газовая горелка.
  17. Телефонный аппарат.
  18. Оргстекло.
  19. Шурупы.

Награды/достижения

  1. Конкурс исследовательских и проектных работ в области научно-технического творчестваФорум «НТТМ» − I место.
  2. Московский городской конкурс социально значимых проектов школьников − II место.
  3. Московский городской конкурс, межрайонный этап – победитель.
  4. Московский городской конкурс социально значимых проектов школьников, городской этап – призер.
  5. Международная конференция научно-технических работ школьников «Старт в науку» МФТИ − III место.
  6. Открытая проектно-исследовательская конференция обучающихся школ города Москвы «Территория познания» – призер.
  7. XLIV Международная молодёжная научная конференция «Гагаринские чтения» МАИ − I место.
  8. Сетевая конференция проектных работ Школьная лига РОСНАНО − победитель.
  1. Перспективы развития результатов работы
  2. Было бы интересно собрать модель «вечного» двигателя с использованием нитиноловой проволоки.
  3. Особое мнение

«Нам понравилось заниматься изучением свойств нитинола. Была проделана очень интересная работа, и результат стоит затраченных усилий.

Мы участвуем в конференции третий раз. С каждым годом организация становится все лучше. Защищать работы с использованием стендов удобно. В этого году удалось рассказать о своей работе большому количеству участников конференции»

Проектная работа

Источник: http://profil.mos.ru/kur/proekty/splavy-s-effektom-pamyati-formy-izuchenie-i-primenenie.html

Нитинол — форма, применение, эффект памяти, состав

Эффект памяти формы — явление возврата к первоначальной форме при нагреве, которое наблюдается у некоторых материалов после предварительной деформации.

История

Советские металлурги Г. В. Курдюмов и Л. Г. Хандрос в 1948 году предложили сплав, наделённый способностью после значительных пластических деформаций восстанавливать первоначальную форму при нагреве до определённой температуры.

В 1980 году это изобретение было признано открытием и стало известно как эффект Курдюмова (эффект восстановления заданной конфигурации или эффект памяти формы). В 1962 году Уильям Бюлер вместе с Фредериком Вангом открыли свойства этого сплава в ходе исследования в военно-морской лаборатории.

Хотя и сразу было осознано потенциальное применение нитинола, реальные попытки коммерциализации сплава произошли спустя десять лет. Эта задержка возникла в значительной степени из-за чрезвычайной трудности плавления, переработки и обработки сплава.

Открытие эффекта памяти формы в целом восходит к 1932 году, когда шведский исследователь Арне Оландер первым заметил это свойство в золото-кадмиевых сплавах. Такой же эффект обнаружен в медно-цинковых сплавах в начале 1950-х.

Введение

Одно из базовых восприятий людьми явлений внешнего мира — это стойкость и надёжность металлических изделий и конструкций, стабильно сохраняющих свою функциональную форму продолжительное время, если, конечно, они не подвергаются закритическим воздействиям.

Однако существует ряд материалов, металлических сплавов, которые при нагреве после предварительной деформации демонстрируют явление возврата к первоначальной форме.

Применение нитинола(никелида титана) сплавов с памятью формы в медицине

Травмотология и ортопедия:

  • черепно-мозговая хирургия;
  • восстановительная спиномозговая хирургия и лечение врожденных и посттравматических патологий (сколиоз, кифоз, спондилодез) позвоночника, лечение переломов тел позвонков;
  • пластика дужек позвонков, лечение рецидивов грыж дисков;
  • коррекция аномалий опорно-двигательного аппарата, остеопластика и костная хирургия;
  • компрессионный остеосинтез при суставных переломах, перелома трубчатых костей и оперативном лечении плечевого пояса и бедренной кости плюсневых костей и костей кисти;
  • восстановление дистального межберцового синдесмоза;
  • фиксация костных структур сверхэластичными имплантатами из пористого проницаемого никелида титана;
  • костная онкология и пластическое возмещение дефектов костных тканей;
  • хирургическое лечение хронического остеомиелита;
  • армирование крупных трубчатых костей при системных заболеваниях скелета;
  • лечение чрезкостных разрывов сухожилий и наложение анастомозов сухожилий, косолапости, туннельного синдрома.

Сердечно-сосудистая малоинвазивная хирургия

Ангиопластика, сужение и расширение, клипирование сосудов, оперативное лечение хронической венозной недостаточности, экстравазальная коррекция функции венозных клапанов, лечение варикозной болезни, шовный материал(нити) для лигирования кровеносных сосудов; I

  • эндопротезирование для восстановления просвета суженых, стенозированных или полностью обтурированных участков сосудов, противоэмболические интравенозные кава-фильтры, полые сетчатые и ячеистые сосудистые самовосстанавливающиеся стенты, моностенты;
  • закрытие дефектов перегородок предсердий, биопротезирование клапанов сердца, анулопластика сердечных клапанов.

Стоматология и челюстно-лицевая хирургия

Восстановительная эндоскопическая малоинвазивная челюстно-лицевая хирургия, лечение заболеваний и повреждений лицевого черепа, остеосинтез при| переломах нижней и верхней челюсти, скуловой кости, после остеотомиии челюстей;

  • эндопротезирование орбиты и височно-челюстного сустава;
  • хирургия врождённых расщелин нёба с использованием сетчатых сверхэластичных имплантатов;
  • гнойная хирургия околочелюстных флегмон;
  • вестибулопластика полости рта;
  • эстетическая коррекция спинки и кончика носа;
  • ортодонтия (коррекция и исправление зубочелюстных аномалий и прикуса);
  • дентальная имплантология;
  • эндодонтия корневых каналов.

Хирургия желудочно-кишечного тракта, абдоминальная хирургия и колопроктология

Торакоабдоминальная и желудочно-кишечная хирургия;

  • пластика при перфоративной язве желудка, хирургическая гастроэнтерология;
  • стентирование желудка для лечения ожирения и булимии;
  • наложение пищеводного, межкишечных компрессионных анастомозов, в том числе толстокишечных, формирование холецистоэнтеро-холедохоэнтероанастомоза, стентирование пищевода;
  • пластика брюшной стенки, обтураторы грыжевых ворот, герниопластика вентральных паховых грыж, грыжи пищеводного отверстия;
  • пластика прямой кишки и сфинктера, сохранение функции толстокишечного держания;
  • искусственные сфинктеры, полнослойная биопсия прямой кишки хирургическое лечение при выпадении кишки из ануса, компрессионная геморроидэктомия;
  • лечение поликистоза почек с использованием гранул из пористого никелида титана.

Эндоскопическая и лапароскопическая хирургия

Урологическая хирургия, лечение стриктур уретры, дилатация уретры, анастс-мозы уретры, трансуретральное стентирование;

  • удаление камней и конкрементов из моче- и желчевыводящих путей, очистка последних от билиарного ила, песка и сладжа;
  • дистанционная ударно-волновая литотрипсия;
  • эндобилиарная хирургия, различные патологии билиопанкреатодуоденальной зоны;
  • холангиостомия, холецистостомия, дренирование желчных путей;
  • стентирование гепатобилиарной системы, лечение структур холедоходуоденоанастомоза;
  • дренирование лимфоцеле;
  • резекция желудка, холецистэктомия, аппендэктомия, ваготомия, гемиколэктомия, фундаплликация (клипирование);
  • пункционная биопсия;
  • нейрохирургия (дренирование ликворных кист головного мозга);
  • кардиохирургия (электроды для электрокардиостимуляции).

Офтальмология и микрохирургия глаза

  • имплантация искусственного хрусталика;
  • глаукомное дренирование;
  • формирование культи глазного яблока, эндопротезирование дефектов стенок глазницы;
  • хирургическое лечение отслоек сетчатки с использованием циркляжной нити из нитинола; — сквозное кератопротезирование при бельмах роговицы.

Гинекология, урогинекология и сексология

  • лечение предопухлевых заболеваний шейки матки, маркировка зоны интраоперационной лучевой терапии онкологических больных гранулами из пористого никелида титана(нитинола);
  • дилатация цервикального канала при искусственном прерывании беременности;
  • оперативное лечение прямокишечно-влагалищных свищей вследствие послеродовых разрывов промежности;
  • внутриматочные контрацептивы, клипирование фаллопиевых труб;
  • консервативное лечение дисфункции мочевого пузыря и сфинктерного аппарата уретры, недержании мочи у мужчин и женщин;
  • кольпоррафия, реконструкция пузьфно-влагалищной перегородки при пролапсе; — реконструкция ректовагинальной перегородки и реконструкция тазового дна после экстирпации матки;
  • обратимая мужская контрацепция, протезы половых органов, интракавернозные имплантаты.

Общая и клиническая хирургия

  • дилатация, ограничители просвета и эндопротезирование деформированных полых органов в различных анатомических зонах;
  • пластика дефектов тканевых перегородок, закрытие свищей, реконструкция дефектов мягкотканных структур, оперативное лечение цирроза печени;
  • компрессионное шовное соединение тканей, сведение краёв раны, лечение гнойных ран;
  • компрессионное пережимание тканей внутренних органов;
  • обтурирование кровотечений внутренних органов, в том числе паренхиматозных при глубоких колото-резаных ранах;
  • восстановительная сохранная отоларингология (эндопротезирование при лечении стенки слухового прохода, наковальни и среднего уха, барабанной перепонки и ушной раковины, абсцесса перегородки носа, травм околоносовых пазух опухолей трахеи, гортани);
  • высокочастотная открытая и эндохирургия (коагуляция, рассечение и резекция полых трубчатых органов, тканей и опухолей, папиллотомия, эндоваскулярная электрокоагуляция);
  • косметическая хирургия молочных желёз.
  • Среди ассортимента изделий медицинской техники из сверхэластичных сплавов с памятью формы наибольшее распространение получили: фиксаторы различной, мини-фиксаторы, компрессионные, дистракционные и универсальные, а также согласованные с биоритмами костной регенерации; клипсы; зажимы; скобки, скобы; скрепки; петли; перемычки, пружины, спирали, кольца, дуги и другие проволочные элементы, штифты, жгуты, трубки реконструктивные, втулки цельные и перфорированные, ленты, пластины (плоские, цилиндрической незамкнутой формы, корригирующие и др.), каркасы,
  • функциональные ортопедические пояса, сетки безузловые и плетёные, стенты сосудистые и внесосудистого применения графты и фильтры, эндопротезы сердечных клапанов, шовный материал, хирургические нити; фольги, гранулы, имлантанты, эндопротезы и дубликаторы замещающие и восстановительные экспандеры, различные трансформируемые специальные устройства (корректоры, дилататоры, компрессионно-дистракционные аппараты) другой различной конфигурации и формы, изделия их композиционного материала «биокерамика-никелид титана(нитинол), изделия из пористого никелида тина(нитинола), в том числе армированные или насыщенные биоактивными и антибактериальными добавками,
  • хирургические инструменты из сверхэластичных сплавов с памятью формы изменяемой геометрией: скальпели и долота, стоматологические шпатели, диссекторы, распаторы, зонды, хирургические ложки и ножи, зажимы, щипцы, пинцеты, иглы, расширители, в том числе ранорасширители, дилататоры, в том числе полых органов, протезы (сетчатые, кератопротезы и др.) и эндопротезы, устройства доставки, гибкие направляющие катетеры,
  • литоэкстракторы, тромбоэкстракторы, корзины-ловушки, бужи, электроды специальной формы, приспособления для наложения швов, пульпоэкстракторы, эндодонтические К-файлы, римеры, обтураторы, брекеты, криогенные аппликаторы, криоскальпели, криопинцеты, перистальтические устройства.
  • Список литературы
  1. Открытие № 239 от 8 марта 1948 г. Г. В. Курдюмов, Л. Г. Хандрос. «Явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа – эффект Курдюмова».
  2. В. А. Лихачев и др. Эффект памяти формы — Л., Издательство ЛГУ,1987 г., 216 с.
  3. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. Сплавы с эффектом памяти формы: Пер. с яп. / Под ред. Х. Фунакубо. — М.: Металлургия, 1990, 224 с.
  4. WIKI 2/ Нитинол#История.- Режим доступа: https://wiki2.org/ru/Нитинол#История(дата обращения: 13.09.2019).

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/nitinol-nikelid-titana-splavy-s-pamyat-yu-formy-svoystva-proizvodstvo-primenenie.html

Нитинол: уникальный сплав, который изобрели русские, а производить стали в США

Делись с друзьями, подпишись на наш канал и жми лайк, чтобы не пропустить новые публикации.

Нитинол — сплав титана (Ti-44) и никеля(Ni-63), обладающий высокой коррозионной и эрозионной стойкостью. Процентное содержание титана — 45 %, никеля — 55 %, что соответствует формуле TiNi, то есть количества атомов равны.

Необычно то, что данный сплав обладает свойством памяти формы. Если деталь сложной формы подвергнуть нагреву до красного каления (около 400 °C, то она запомнит эту форму. После остывания до комнатной температуры деталь можно деформировать, но при нагреве выше 40 °C она восстановит первоначальную форму. Нитинол еще называют «металлическими мышцами».

Во-первых, нитинол не сплав, а интерметаллид — химическое соединение из двух металлов. В чём разница между интерметаллидом и сплавом? Приведу аналогию:

Если суспензия — это физическая смесь твёрдых частиц в жидкой фазе, то раствор — это химическая смесь растворённых частиц в жидкой фазе Разница в том, что в суспензии можно отделить твёрдую часть от жидкой простым фильтрованием, а в растворе — только через химические превращения или выпаривание растворителя.

Вот и здесь сплав — физическая смесь двух металлов, отделить которые непросто, но можно. Компоненты интерметаллида образовали между собой прочные химические связи, а сам он разрушается только химическим путём, причём легче выплавить новые металлы из руды, чем получить их из интерметаллида.

С этим разобрались, идём дальше.

Эффект памяти нитинола

Эффект памяти проявляется, так как кристаллическая решётка нитинола — металлическая, вследствие чего её очень сложно разрушить, и она способна претерпевать большие изменения.

Когда мы деформируем его, внутренние слои в решётке начинают испытывать давление, а внешние растягиваются.

При малейшем нагревании верхние и внутренние слои расправляются, и нитинол обретает свою первоначальную форму 🙂

Кстати, угадайте, кто первым изобрёл нитинол, но не успел его пустить в массы? Правильно, советские инженеры Г. В. Курдюмов и Л. Г.

 Хандрос ещё в 1948 году предложили сплавлять титан и никель и получать уникальное соединение, вот только великое советское руководство чихать на это хотело, и в 1962 году в военно-морской лаборатории США были открыты свойства этого сплава, и запущено его производство. Всё же в 1980 году эффект запоминания памяти был удостоен названия эффекта Курдюмова (хотя бы так).

Натянули проволоку из нитинола на два подшипника, и опустили в горячую воду. Откуда берётся работа — непонятно. Скорее всего, горячая вода сообщает теплоту нитинолу,он нагревается и движется, потом остывает. и опять от воды нагревается…

Нитинол — достаточно дорогое соединение. Но получить нитиноловую проволочку и устроить небольшое развлечение можно, купив её на том же алиэкспрессе. Стоит в районе 150-200 рублей.

Не закрывай страницу, читай другие наши статьи: Не совсем обычный дверной звонок с искусственным интеллектом

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a8ec0ae1aa80c6257aa4052/5a957bd157906aae6b71c339

3 Технология получения сплавов с памятью формы, основанная на методе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

В
основе СВС лежит использование тепла,
которое выделяется при взаимодействии
различных элементов, в частности
разнородных металлов.

Анализ механизма
и кинетики формирования интерметаллических
соединений при СВС показывает, что
параметрами, наиболее пригодными для
управления синтезом, являются начальная
температура процесса и дисперсность
исходных порошков.

При изменении этих
параметров получены два вида продуктов
с заданным фазовым составом: в виде
слитка и пористого штабика.

Оптимальные
условия получения интерметаллических
соединений с памятью формы методом СВС
в режимах послойного горения или
теплового взрыва таковы:

– начальная
температура синтеза в режиме послойного
горения для получения пористого штабика
и слитка равна соответственно 0,2÷0.4 и
0,5÷0,7 от температуры плавления конечного
продукты;

  • – начальная температура синтеза в режиме теплового взрыва близка к температуре плавления низкоплавкой эвтектики;
  • – давление инертного газа 1÷2 атм;
  • – минимальный диаметр заготовки более 3 см;
  • – начальная пористость заготовки примерно 30÷50%;

–остальные
параметры: дисперсность и марки исходных
порошков, степень разбавления инертной
добавкой, концентрация основных и
легирующих элементов и т.д. – варьируются
с целью получения материала с заданными
составом и свойствами [5].

Схема
3– Получение материалов на основе
никелида титана с использованием метода
СВС [6, с. 214].

4 Применение материалов с памятью формы в медицине

Металлы
с эффектом памяти формы нашли свое
применение в такой важной области нашей
жизни, как медицина.

С помощью металлов
с таким свойством, как память формы,
были разработаны перчатки, которые
применяются в процессе реабилитации,
фильтры для введения в сосуды кровеносной
системы, зажимы для защемления слабых
вен, стержни для коррекции позвоночника
при сколиозе, оправа для очков,
ортопедические ипланты, проволока для
исправления зубного ряда и еще огромное
множество других полезных и жизненно
необходимых медицинских устройств [6].

На рисунках 4.1 и
4.2 приведены примеры использования
сплавов на основе никелида титана.

Рисунок
4.1 – Имплантаты из сплавов на основе
никелида титана.

Рисунок
4.2 – Медицинские инструменты с применением
сплавов на основе никелида титана.

4.1 Применение имплантатов из нитинола для хирургического лечения повреждений и заболеваний позвоночника и спинного мозга

Металлические
имплантаты используются для стабилизации
позвоночника с начала XX века. Для их
изготовления широко используют титан,
реже кобальтовые и молибденовые сплавы,
нержавеющую сталь.

Главные требования,
предъявляемые к этим материалам – это
высокая коррозионная стойкость,
биологическая инертность и прочность.

Лишь в последнее время достойное внимание
стало уделяться вопросам механической
совместимости и сопоставимости имплантата
и скелетообразующих тканевых структур
организма.

Известно,
что модуль упругости большинства
конструкционных сплавов выше, чем у
кости и значительно выше, чем у хрящевых
структур.

При совместной работе
кость-имплантат происходит неравномерное
распределение деформаций и напряжений,
как правило, максимальных в местах
крепления имплантата к кости, что
вызывает опасность их разрушения.

Попытки использовать сплавы с низким
модулем упругости (например, системы
Ti-Ta) или изменять конструкции путем
введения различных вырезов и изгибов,
снижают прочность имплантата, повышают
риск его разрушения вследствие
концентрации напряжений при нагрузке.

В то же время известно, что механическое
поведение сплавов на основе никеля и
титана (нитинола) приближается к поведению
скелетообразующих тканей организма.

При температуре близкой или равной
температуре человеческого тела эти
сплавы проявляют сверхупругое поведение,
когда значительные деформации (до 12 %),
возникающие при нагрузке, устраняются
при разгрузке. Такие сплавы обладают
эффектом памяти формы, который заключается
в том, что деформированный в охлажденном
состоянии образец может сколь угодно
долго сохранять новую форму, а при
нагреве восстанавливает исходную форму
и проявляет сверхупругое поведение.

Сплавы
на основе нитинола обладают отличной
коррозионной стойкостью и биологической
инертностью и являются идеальным
материалом для создания биологически
и механически совместимых с организмом
человека имплантатов. Попытки создания
таких имплантатов для спинальной
хирургии проводятся уже около 20 лет,
однако их широкому внедрению до сих пор
препятствует ряд причин:

  • во-первых, сложность металлургического производства нитинола. Лишь в нескольких странах, в том числе и в России, могут получать в промышленных масштабах полуфабрикаты с требуемым химическим составом и уровнем свойств;
  • во-вторых, сложная технология переработки полуфабриката в изделие с гарантированными температурами срабатывания требует дорогостоящего оборудования и определяет высокий уровень брака, что ведет к высокой себестоимости изделий;
  • в-третьих, отсутствие анализа дифференциации конструкций с точки зрения их биомеханического поведения не позволяло правильно определить область их использования и успешного конкурирования с имплантатами из обычных конструкционных материалов;
  • и, наконец, часто имплантируемые конструкции производились в единичных экземплярах, индивидуально для каждого пациента, что повышало их стоимость.

Для
преодоления указанных проблем сотрудниками
Российского нейрохирургического
института им. А.Л. Поленова и
Инженерно-медицинского центра МАТИ-РГТУ
им. К.Э.

Циолковского было составлено
медико-техническое задание на разработку
унифицированного комплекта фиксаторов
для спондилодеза и протезирования
костных и связочно-хрящевых структур
позвоночника, в котором были оговорены
основные характеристики имплантатов:

  1. фиксаторы не должны заменять конструкции, предназначенные для выполнения опорных функций позвоночника и несущие основную нагрузку;

  2. механическое поведение фиксаторов должно быть подобно поведению заменяемых (или укрепляемых) костных или хрящевых структур, Иными словами, поведение фиксаторов, предназначенных для остеосинтеза (хирургическая репозиция костных отломков при помощи различных фиксирующих конструкций, обеспечивающих длительное устранение их подвижности) или крепления костных трансплантатов, должно отвечать механическому поведению кости, а фиксаторов замещающих межпозвонковый диск, связочные структуры поведению хрящей или связок;

  3. фиксаторы должны эксплуатироваться пожизненно без грубого нарушения функциональной подвижности позвоночника.

Для
реализации этих положений была разработана
математическая модель, позволившая
методом конечных элементов рассчитать
механическое поведение фиксаторов, их
форму и геометрические параметры для
обеспечения требуемых силовых и
деформационных характеристик, рассмотреть
большое количество вариантов конструкций,
конкретных размеров силовых и крепежных
элементов, а также систему оценки
характеристик их работоспособности,
как на этапе установки, так и в период
эксплуатации.

Анализ
движений (сгибание-разгибание, скручивание
и боковые наклоны) в нормальных и
поврежденных позвоночно-двигательных
сегментах показал, что повреждения тел,
дужек, суставных и остистых отростков
позвонков и их связочно-хрящевого
аппарата увеличивает углы соответствующих
смещений позвоночно-двигательного
сегмента на 2-5º. В результате специальной
обработки нитинола удалось создать
образцы со следующими температурными
параметрами: температура начала прямого
мартенситного превращения +5 ÷ +10 ºС;
температура конца обратного мартенситного
превращения +25 ÷ +27 ºС; температуры
начала восстановления формы +34 ÷ +36 º С.

Таким
образом, определились технологические
параметры деформации имплантата и
функциональные характеристики, главными
из которых явились усилие компрессии
и жесткость конструкции.

Наиболее
удачные конструкции, изготовленные для
экспериментального тестирования, с
точностью ошибки эксперимента подтвердили
расчетные величины. При этом теоретически
и экспериментально определилось, что
механическим поведением, наиболее
близким к поведению кости, обладают
П-образные фиксаторы, а хрящевым и
связочным структурам соответствуют
петельные конструкции (рисунок 4.3) [7].

Рисунок
4.3 – Механизм поведения тканей организма
и имплантатов из никелида титана [7,
с.6].

Источник: https://studfile.net/preview/4672959/page:4/

ПОИСК

    Имеется интересное сообщение, что характеризующийся плотностью 2,74 г1см и температурой плавления 1310 °С сплав состава N111 ( нитинол ) обнаруживает память приданную ему при 90- -150°С форму можно затем изменять. холодной обработкой, но при подогреве до 60- -70°С первоначальная форма самовосстанавли-вается.

Это удивительное свойство не находит пока четкого объяснения, но уже начинает практически использоваться. [c.333]     Сплавы на основе TiNi (нитинолы) обладают эффектом памяти формы, т.е. способностью восстанавливать геом. форму первонач. изделия или полуфабриката в результате обратного мартенситного превращения, вызванного нагревом.

Особый интерес эти сплавы представляют для космич. техники. [c.595]

    Новый класс никелевотитановых сплавов представляют нити-ноли — запоминающие металлы . Им можно придавать любую форму, например спирали, и затем стабилизировать ее кратковременным нагреванием. Нитиноли запоминают первоначальную форму, даже если их после этого подвергают холодному формованию.

Если изделие снова нагреть, то оно вскоре примет форму спирали со всеми ее изгибами и закруглениями. Применения для нитинолей пока не нашли, однако предполагают, что их можно будет использовать для регулирования температуры.

Предлагают также делать из них предохранительные переключатели, антенны для космических кораблей и другие устройства для работы в космосе, которые вновь должны принимать заранее заданную форму, когда на них будет попадать интенсивное солнечное излучение. [c.267]

    Но пористый кирпич — это даже еще не микроуровень. Можно задействовать группу молекул — магнитные домены. Молекулы, атомы, электроны… Представьте себе кирпич из нитинола, способный при изменении температуры менять диаметр капилляров (и даже направление их сужения ). Это уже не почти машина , это просто машина. [c.116]

    Сплавы с памятью до последнего времени считали лабораторной диковинкой, непригодной для практического использования.

Совсем недавно сплав нитинол (соединение титана с никелем) стали применять в самораскрывающихся под действием солнечного тепла антеннах космических кораблей.

Предполагается также создать радиотелескоп, система которого будет иметь диаметр около 2 км. Эффект памяти позволяет использовать эти сплавы для различного рода преобразователей энергии. [c.508]

    Сплавы на осиове интерметаллида NiTi (45-55% Ni), т. наз. нитинолы, обладают эффектом памяти формы , к-рый заключается в том, что металл, подвергнутый заметной пластич.

деформации, при послед, нагреве до определенной т-ры обретает свою первонач. форму. Эф( ктивно используются в медицине, радиотехнике, приборостроении, гидравлич. системах в виде разл. соединит, деталей и спец.

изделий сложной конфигурации. [c.246]

    Особо следует выделить никелево-титановые сплавы, так называемые нитиноли— запоминающие материалы . Им можно придать любую форму, например спирали, а затем стабилизировать ее кратковременным нагреванием. Нитиноли запоминают первоначальную форму, даже если их после этого подвергнуть холодному формованию.

При нагревании изделия оно вновь принимает форму спирали. Широкого применения нитиноли пока не нашли.

Однако предполагают, что они могут быть использованы в качестве антенн для космических кораблей и других устройств для работы в космосе, которые должны принимать заранее заданную форму, когда на них попадает интенсивное солнечное излучение. [c.138]

    НИТИНОЛ, сплав Т с 45% Ы . Изделия после пласгич. деформирования способны восстанавливать исходную форму, если их подвергнуть нагреву ( эффект памяти ). Примен. в автоматич. реле противопожарных устр-в, для изготовления антенн космич. кораблей и др. ведутся работы над созданием нитиноловых тепловых двигателей для преобразования энергии с высоким кпд. [c.380]

    Никель используется для катодов, аиодов и других деталей электронной аппаратуры, а также для изготовления химической аппаратуры, медицинской техники и магнитострикторов. Никель входит в состав сплава нитинол, обладающего памятью формы (иикелид титана). [c.492]

    Устройство содержит рабочий стол 1, на котором установлена подкладка 2 с выполненной в ней продольной прямоугольной канавкой 8. В канавке 8 помещена пружина 7 в виде волнообразной ленты из материала, обладающего эффектом памяти (например, нитинола). На подкладке расположены свариваемые детали 4 и 5. На столе 1 имеются [c.83]

    Разрезание заготовок из металлокерамики, нитинола, вольфрама, молибдена и других металлов и сплавов, особенно малогабаритных и точных заготовок, имеющих минимальный припуск на последующие операции, выполняют на электроэрозионных вьфезных станках различных моделей. [c.294]

    Впервые на эффект памяти формы обратили внимание наши соотечественники Г. В. Курдюмов и Л. Г. Хандрос в 1949 г. В начале 60-х гг. этот эффект в ярко выраженной форме был обнаружен при нагревании сплавов титана с никелем (нпкелпд титана или нитинол).

Это дало толчок к появлению новых технических решений. В процессе исследований оказалось, что КПД преобразования энергии таких устройств может достигать величины 20 %, что сделало возможным всерьез говорить о создании термомеханических моторов, работающих на перепаде температур.

[c.82]

    Широкую известность получил опыт с несматываю-щейся проволокой тонкую длинную проволоку из нитинола нельзя свить в моток, она тут нге разматывается. Когда изделие из нитинола возвращается к первоначальной форме, при этом развивается достаточно большое усилие до 55 т на каждый квадратный дюйм сечения детали. [c.135]

    Схема фазовых превращений в нитиноле при изменениях температуры представлена на рис. 30. График показывает количество мартенсита в нитиноле в зависимости от температуры. Проследим по этому графику за поведением пластинки из нитинола. [c.136]

    Температура начала обратного мартенситного превращения (точка Лд) ниже температуры начала прямого мартенситного превращения (точка при охлаждении. Это важное обстоятельство связано с наличием деформации, т. е. изгибом пластинки.

Накопленная в пластинке из нитинола энергия деформации за счет изгиба действует в том же направлении, что и нагрев. Поэтому обратпоб превращение начинается при более низкой температуре. Этому содействует упругая энергия в изогнутой пластинке, не проявлявшаяся до достижения пластинкой температуры, соответствующей точке А .

В этом заключается существенная термодинамическая особенность сплавов с ЭЗФ. [c.137]

    Построенный Бэнксом маломощный тепловой двигатель на нитиноле непрерывно устойчиво работал, сделав более 1,7-10 оборотов, и развивал мощность не менее 0,2 Вт, приводя во вращение генератор электрической энергии — от него горела электрическая ламиочка. [c.138]

    Бэнкс Р. Тепловые двигатели из нитинола. — В кн. Эффект памяти формы в сплавах. М. Металлургия, 1979. [c.138]

    Сообщается о разработке новой марки нитинола, в которой фазовые переходы совершаются при температуре 9 °С.

Такой градиент легко получить от солнечных коллекторов пли источников геотермальных вод, что обеспечит работу нитиноловых двигателей для различных целей, в том числе для привода ирригационных насосов в районах, где нет централизованных сетей. Нитиноловые двигатели могут также использовать отработанное тепло, пре- [c.141]

    Алкогольдегидрогеназа ускоряет дегидрирование Н-б-СЬг-Ь-ор-нитинола. Для достижения полной конверсии аминоспиртов реакцию проводят в присутствии семикарбазида (для связывания образующегося альдегида), МАВ+ и флавинмононуклеотида. [c.212]

Источник: https://www.chem21.info/info/343821/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector