Poznaj sekrety superelastyczności i pamięci kształtu niklowo-tytanowego

Tytan niklowy stał się wschodzącą gwiazdą w dziedzinie badań i zastosowań materiałów dzięki swojej wyjątkowej supersprężystości i właściwościom z pamięcią kształtu. Niklowo-tytanowy, dwuskładnikowy stop składający się z niklu i tytanu, wykazuje niezwykłe właściwości wykraczające poza tradycyjne materiały ze względu na specjalną kombinację atomów i mikrostrukturę. Pamięć kształtu to jedna z najbardziej uderzających właściwości niklowo-tytanowego. Gdy faza macierzysta, nikiel-tytan, zostanie schłodzona do określonej temperatury, następuje przemiana fazowa, w wyniku której powstaje faza martenzytyczna. W tym momencie do stopu w fazie martenzytycznej przykładana jest siła zewnętrzna w celu jego odkształcenia. Stop po nagrzaniu automatycznie powróci do pierwotnego kształtu w fazie macierzystej, jakby był wyposażony w pamięć, czemu towarzyszyć będzie proces odwrotnej przemiany fazowej. Ten indukowany ciepłem proces przemiany fazowej umożliwia stopowi dokładną zmianę kształtów w różnych warunkach temperaturowych w celu osiągnięcia określonych funkcji.

Niewyobrażalna elastyczność
Supersprężystość to kolejna niesamowita właściwość niklowo-tytanowego. Niklowo-tytanowy wykazuje supersprężystość w wąskim zakresie temperatur nieco powyżej temperatury przemiany. Kiedy stop jest poddawany działaniu siły zewnętrznej i wytwarza odkształcenie znacznie większe niż jego graniczne odkształcenie sprężystości, odkształcenie może automatycznie powrócić do normy w momencie rozładunku, a materiał może powrócić do swojego nieodkształconego kształtu bez ogrzewania. W tym procesie granica sprężystości niklowo-tytanowej znacznie przekracza granicę zwykłych materiałów i nie jest już zgodna z tradycyjnym prawem Hooke'a. Tę supersprężystość można podzielić na supersprężystość liniową i supersprężystość nieliniową. Krzywa naprężenia i odkształcenia liniowej supersprężystości ma ścisłą liniową zależność między naprężeniem i odkształceniem; podczas gdy nieliniowa supersprężystość, znana również jako pseudosprężystość przejścia fazowego, jest wynikiem wywołanej naprężeniem przemiany fazowej martenzytu i jej odwrotnej przemiany fazowej podczas ładowania i rozładowywania w pewnym zakresie powyżej temperatury Af. Pseudosprężystość przejścia fazowego niklowo-tytanowego może osiągnąć około 8%. Może przykładać stałą i delikatną siłę korekcyjną do zębów w temperaturze pokojowej i wykorzystywać swoje superelastyczne właściwości, aby dostosować się do złożonego ruchu zębów podczas procesu korekcji, realizować powolny i precyzyjny ruch zębów oraz poprawiać komfort pacjenta i efekt korekcji. ​

Sekret ułożenia atomów
Powodem, dla którego nikiel-tytan ma tak magiczną pamięć kształtu i właściwości supersprężyste, jest wzajemne przekształcanie się w jego mikrostrukturze faz austenitu i martenzytu. W wyższych temperaturach stop znajduje się w fazie austenitu, gdzie atomy są ułożone w sposób uporządkowany i zwarty, tworząc stabilną i elastyczną strukturę kryształu austenitu. Gdy temperatura spada, stop stopniowo przechodzi w fazę martenzytyczną, a atomy układają się w bardziej elastyczną strukturę. W stanie martenzytycznym stop jest łatwy do odkształcenia. Poddana działaniu sił zewnętrznych bliźniacza struktura ewoluuje w strukturę oddzieloną, aby dostosować się do naprężeń zewnętrznych. Gdy zmienią się warunki zewnętrzne, takie jak wzrost temperatury, stop przejdzie z fazy martenzytu z powrotem w fazę austenitu, a atomy ponownie powrócą do stanu uporządkowanego ułożenia, dzięki czemu stop powróci do swojego pierwotnego kształtu. ​

Jasne perspektywy szerokiego zastosowania
Supersprężystość i właściwości pamięci kształtu tytanu niklowego sprawiają, że ma on szerokie perspektywy zastosowania w wielu dziedzinach. Oprócz wspomnianej powyżej dziedziny medycyny, w lotnictwie i kosmonautyce można go stosować do produkcji odkształcalnych skrzydeł, umożliwiając statkowi powietrznemu dostosowywanie kształtu skrzydła w czasie rzeczywistym w zależności od prędkości lotu i warunków przepływu powietrza, poprawiając wydajność lotu i zwrotność; w dziedzinie inteligentnych robotów elementy napędowe wykonane z niklowo-tytanowego mogą zapewnić precyzyjną i elastyczną kontrolę ruchu, dodając nową żywotność inteligentnemu rozwojowi robotów; w życiu codziennym można spotkać także nikiel-tytan, np. superelastyczne oprawki okularowe, które po ściśnięciu i odkształceniu pod wpływem sił zewnętrznych potrafią szybko powrócić do pierwotnego kształtu, przynosząc ludziom wygodę i komfort życia.