Нитинол ( англ. nitinol , никелид титана, название произошло от англ. nickel — никель, англ. titanium — титан, англ. Naval ordnance laboratory , сокр. NOL — ) — интерметаллид , соединение титана и никеля , в процентном соотношении 45 %(титан) — 55 %(никель) и с равным количеством атомов каждого вещества. Название получил из сочетания формулы (NiTi) и сокращения названия места где был разработан ( N aval O rdnance L aboratory→NOL) . Необычно то, что данное соединение обладает свойством памяти формы . Если деталь сложной формы подвергнуть нагреву до красного каления, то она запомнит эту форму. После остывания до комнатной температуры деталь можно деформировать, но при нагреве выше 40 °C она восстановит первоначальную форму. Такое поведение связано с тем, что, фактически, этот материал является интерметаллидом , а не классическим сплавом, и свойства исходных материалов (Ni, Ti) практически в нём не выражены. Уникальным его делает свойство, благодаря которому при закалке взаимное расположение атомов упорядочивается, что приводит к запоминанию формы.

История

Открытие эффекта памяти формы 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. Советские металлурги Г. В. Курдюмов и Л. Г. Хандрос в 1948 году предсказали, а в 1949 году обнаружили сплав на основе алюминиевой бронзы, 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 (Явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа — эффект Курдюмова. Открытие № 239 от 8 марта 1948 г. в части теоретического предсказания явления и 17 марта 1949 г. в части его экспериментального обнаружения). В 1962 году Уильям Бюлер вместе с Фредериком Вангом обнаружили сильный эффект памяти формы у сплава на основе никеля и титана в ходе исследований 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.

Производство

Производство сплава — достаточно сложный процесс, состоящий из нескольких стадий:

1. Плавка
2. Переплавка
3. Литьё
4. Придание необходимой формы

Производство осложнено тем, что для получения высококачественного сплава, необходимо тщательно выверять количество первичных компонентов, а при плавлении титан легко взаимодействует с газами , из-за чего плавка проходит с использованием вакуумно-индукционного метода и вакуумно-дуговой переплавки. Также термообработка нитинола требует высокой точности, так как длительность и температура сильно влияют на температуры фазового превращения.

При вакуумно-индукционном методе исходный слиток готовят в графитовых печах. Это позволяет получить хорошо смешанный сплав, но при этом возникает некоторое количество соединения титана с углеродом . Вакуумно-дуговая переплавка необходима для уменьшения содержания примесей и включений, а также обеспечения необходимой литой структуры. Далее следуют литьё для получения заготовок и придание необходимой формы заготовкам.

Свойства

Физические свойства

• плотность — 6450 кг/м ³ ;
• температура плавления — 1300°С;
• сверхупругость — выше стали в 20 раз;

Технические свойства

• высокая коррозионная стойкость ;
• внутреннее напряжение при восстановлении — 800 МПа;
• допустимая деформация — 8 %;
• допустимое растяжение — до 12 %;
• предел прочности — 1000 МПа;
• память формы ;

Применение

Материал находит применение в медицине, в частности, для лечения пациентов с заболеваниями и травмами опорно-двигательного аппарата: воронкообразная деформация грудной клетки («грудь сапожника»), переломы позвонков, Hallux Valgus (шишки на ногах). Также применяется в стоматологии для ортодонтического лечения: металлические дуги брекет-систем сделаны из данного материала.

Кроме того, NASA начала использовать нитинол при создании суперэластичных шин.

Примечания