Kako superelastičnost djeluje u nitinol cijevima?

Nauka iza superelastičnosti u nitinolnim cijevima

Kristalna struktura i fazne transformacije

Superelastičnost Nitinola proizlazi iz njegove jedinstvene kristalne strukture i faznih transformacija između austenita i martenzita. Austenitna faza je stabilna na višim temperaturama, dok je martenzit stabilan na nižim temperaturama. Naprezanje inducira transformaciju u martenzit, dozvoljavajući velika naprezanja, a uklanjanje naprezanja ga vraća u austenit.

Formiranje martenzita izazvano naprezanjem

Formiranje martenzita izazvano stresom je od suštinskog značaja za super elastična nitinol cijev. Kada je nitinol cijev napregnuta iznad kritičnog nivoa, martenzit počinje da se formira, prilagođavajući naprezanje i sprečavajući trajno oštećenje. Kako naprezanje raste, više austenita se pretvara u martenzit, omogućavajući značajnu elastičnu deformaciju izvan granica konvencionalnih materijala. Ovaj proces se nastavlja sve dok cijev ne postane potpuno martenzitna ili dostigne granicu tečenja martenzita. Krivulja napon-deformacija prikazuje jasan plato tokom opterećenja, koji odgovara ovoj faznoj transformaciji, omogućavajući materijalu da apsorbuje značajnu energiju, što ga čini pogodnim za aplikacije sa visokim prigušenjem ili apsorpcijom energije.

Temperaturna zavisnost superelastičnosti

Superelastično ponašanje Nitinola ovisi o temperaturi, što zahtijeva da materijal bude između svoje austenitne završne temperature (Af) i maksimalne temperature formiranja martenzita izazvanog naprezanjem (Md). Unutar ovog raspona transformira se pod stresom. Razumijevanje ove ovisnosti je ključno za dizajniranje superelastičnih nitinol cijevi za različite primjene.

Faktori koji utječu na superelastičnost u cijevima od nitinola

Sastav i toplinska obrada

Sastav nitinola je kritičan za njegova superelastična svojstva, posebno omjer nikal-titan, koji utiče na temperature transformacije. Manje varijacije mogu pomaknuti ove temperature za desetine stepeni Celzijusa. Toplinska obrada, posebno žarenje, optimizira superelastično ponašanje modificirajući mikrostrukturu i utječući na karakteristike memorije oblika. Tretman rastvorom praćen starenjem može dovesti do stvaranja taloga koji utiču na transformaciono ponašanje i mehanička svojstva. Definitivnom kontrolom sinteze i termičke obrade, proizvođači mogu preraditi nitinol cijevi za eksplicitne promjene temperature i mehaničke reakcije, što ih čini razumnim za mnoge primjene.

Veličina zrna i tekstura

Mikrostruktura od super elastične nitinolne cijevi, posebno veličina zrna i tekstura, značajno utječu na njihovo superelastično ponašanje. Manje veličine zrna općenito povećavaju otpornost na zamor i povećavaju transformacijska naprezanja, poboljšavajući performanse. Tekstura utječe na anizotropiju superelastičnog odgovora, s određenim orijentacijama koje povećavaju povratno naprezanje u određenim smjerovima. Kontrola veličine zrna i teksture postiže se tehnikama obrade kao što su hladna obrada, termička obrada i izvlačenje. Optimizacija ovih mikrostrukturnih karakteristika omogućava stvaranje nitinolnih cijevi s vrhunskim superelastičnim performansama i prilagođenim mehaničkim svojstvima.

Stanje površine i vijek trajanja

Stanje površine superelastičnih nitinolnih cijevi je ključno za performanse, utječući na vijek trajanja i otpornost na koroziju. Nesavršenosti površine mogu izazvati prerano razočaranje. Lijekovi poput elektropoliranja poboljšavaju otpor slabosti i biokompatibilnost. Osim toga, promjena naprezanja i srednji osjećaj anksioznosti utječu na život iscrpljenosti, unapređujući pouzdanost u obnovljenim superelastičnim biciklističkim aplikacijama.

Aplikacije koje koriste super elastičnost u nitinol cijevima

Medicinski uređaji i implantati

Superelastične nitinolne cijevi transformirale su medicinsku industriju, posebno u minimalno invazivnim procedurama i implantatima. Nitinol stentovi se mogu komprimirati za umetanje i proširiti nakon postavljanja, održavajući konstantan vanjski pritisak na krvne sudove. Žice vodiči i kateteri napravljeni od nitinola nude izuzetnu fleksibilnost i otpornost na savijanje, olakšavajući navigaciju kroz složene krvne sudove uz minimalnu traumu tkiva. U ortodonciji, superelastične nitinol lukove isporučuju konzistentne, nježne sile za kretanje zuba, što rezultira efikasnijim i udobnijim tretmanima u usporedbi s tradicionalnim nehrđajućim čelikom. Nitinolova biokompatibilnost i otpornost na koroziju dodatno povećavaju njegovu pogodnost za dugotrajnu implantaciju.

Vazdušna i automobilska industrija

Vazduhoplovstvo koristi super elastične nitinolne cijevi za prigušivanje vibracija i kontrolu oblika u motorima aviona, osnažujući varijabilne matematičke okvire koji unapređuju izvršenje. Njihova velika opstrukcija slabosti i sposobnost da izdrže ogromne deformacije čine ih idealnim za nečuvene uslove. U automobilskim aplikacijama, ove vrlo fleksibilne nitinolne cijevi se koriste u okvirima za asimilaciju utjecaja i svestranim dizajnom, poboljšavajući dobrobit vozila tokom sudara. Nadalje, nitinol-ova svojstva pamćenja toplog oblika primjenjuju se u aktuatorima i briljantnim dizajnom za samotransportne dijelove u avionskim i automobilskim planovima.

Potrošačka elektronika i robotika

Superelastične nitinolne cijevi se sve više istražuju u potrošačkoj elektronici za stvaranje izdržljivih, fleksibilnih uređaja. Mogu se koristiti u sigurnim kućištima od utjecaja ili prilagodljivim osovinama u mobilnim telefonima i tabletima. U naprednoj mehanici, nitinol daje neverovatna otvorena vrata prilagodljivim, prijatnim sistemima, posebno u delikatnoj naprednoj mehanici, uzimajući u obzir sigurnu komunikaciju sa ljudima i osetljivim predmetima. Nosiva inovacija dodatno profitira od prilagodljivosti nitinola i održavanja oblika, što ga čini idealnim za ugodne gadgete savršene veličine koji istraju u svakodnevnoj upotrebi, držeći korak s korisnošću.

zaključak

Super elastične nitinolne cijevi su fascinantan fenomen koji kombinuje kompleksnu nauku o materijalima sa praktičnim primenama koje menjaju život. Od svoje jedinstvene kristalne strukture do široke upotrebe u medicini, vazduhoplovstvu i šire, superelastičan nitinol nastavlja da pomera granice materijalnih mogućnosti. Kako istraživanje napreduje, možemo očekivati ​​još inovativnije aplikacije koje iskorištavaju ovo izvanredno svojstvo. Ako želite dobiti više informacija o ovom proizvodu, možete nas kontaktirati na: baojihanz-niti@hanztech.cn.

reference

1. Otsuka, K., & Wayman, CM (ur.). (1998). Materijali za pamćenje oblika. Štampa Univerziteta Cambridge.

2. Duerig, T., Pelton, A., & Stöckel, D. (1999). Pregled medicinske primjene nitinola. Nauka o materijalima i inženjerstvo: A, 273, 149-160.

3. Mohd Jani, J., Leary, M., Subic, A., & Gibson, MA (2014). Pregled istraživanja legure sa memorijom oblika, primjene i mogućnosti. Materijali i dizajn, 56, 1078-1113.

4. Lagoudas, DC (ur.). (2008). Legure sa memorijom oblika: modeliranje i inženjerske primjene. Springer Science & Business Media.

5. Pelton, AR, Dicello, J., & Miyazaki, S. (2000). Optimizacija obrade i svojstava medicinske nitinol žice. Minimalno invazivna terapija i srodne tehnologije, 9(2), 107-118.

6. Sun, L., Huang, WM, Ding, Z., Zhao, Y., Wang, CC, Purnawali, H., & Tang, C. (2012). Materijali za pamćenje oblika koji reagiraju na stimulans: pregled. Materials & Design, 33, 577-640.