鎳鈦合金絲NITINOL
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形狀記憶合金概述
形狀記憶合金(SMA)是一種由兩種以上金屬元素通過熱彈性、馬氏體相變和逆變形成形狀記憶效應的材料。目前，鈦基、銅基和鐵基形狀記憶合金已得到應用。
鎳鈦合金是研究較全面、形狀記憶較好的合金。它們具有強度高、可塑性強、耐腐蝕、穩定性好、生物相容性好等特點。
鎳鈦合金結合了形狀記憶和超彈性這兩個緊密相關的獨特特性。形狀記憶使鎳鈦合金能夠在一種溫度下變形，然后在加熱到轉變溫度時恢復到原來的形狀。這是由于材料由低溫單斜馬氏體結構轉變為高溫立方奧氏體結構所致。
形狀記憶合金的應用
形狀記憶合金以其優異的性能廣泛應用于航空航天機械、機電、生物醫藥、橋梁建筑、汽車工業和日常生活中。
1. 對于生物醫學，鎳鈦弓絲用于患者牙齒的早期排列。鎳鈦合金推簧和拉力簧是用于矯正牙齒、脊柱側彎矯形裝置的彈簧。此外，鎳鈦合金還用于外科，用于制作各種骨連接器、血管夾、凝血過濾器、血管擴張元件、各種腔內支架、栓塞裝置、心臟貼片、血栓過濾器、介入導絲、手術縫合線等。
2. 在航空航天工業中，形狀記憶合金已應用于航空和航天領域，如軍用飛機液壓系統的低溫配套連接器，目前正在歐美開發用于直升機的智能水平旋翼。它還被用于月球探測器的天線，在衛星上，形狀記憶釋放裝置被用來打開一個容器，用來保護敏感的鍺探測器在組裝和發射期間不受污染。
3. 在機電一體化，形狀記憶合金主要用于低溫配合連接器、導線編織層安全連接器、開合百葉窗防止霧燈飛濺碎片的彈簧、機械制造中取代手動或液壓夾具的驅動缸等。
4. 日常生活中，形狀記憶合金主要用于防燙傷閥、眼鏡框、手機天線、消防止回閥等。
生物醫學用鎳鈦合金
鎳鈦合金鎳鈦合金是一種接近等原子的二元鎳鈦合金，因其獨特的超彈性而廣泛應用于醫學領域。然而，三元或其他鎳鈦合金可以實現不同的性能。所有采購的鎳鈦合金原料均經過第三方檢驗，以確保其符合化學、轉化溫度、材料均勻性和微觀結構等專有規范。為了提高表面光潔度和均勻度，所有的線材和管材產品都采用高精度的單晶或多晶金剛石拉絲模技術。經過正確的超彈性熱處理后，醫用鎳鈦材料在人體溫度下可以承受高達8%的應變而不會永久彎曲。
鎳鈦合金的特殊性能
1. 形狀記憶
2. 超彈性
3. 對口腔溫度變化敏感
4. 優秀的耐蝕性能
5. 抗毒性
6. 溫柔的矯正力
7. 良好的減震特性
化學成份
表1按ASTM F2063-12 or GB 24627-2009(wt%)
Fe | Ni | Cr | Cu | Nb |
≤0.05 | 54.5-57.0 | ≤0.01 | ≤0.01 | ≤0.025 |
C | Ti | Co | N+O | H |
≤0.05 | Balanced | ≤0.05 | ≤0.050 | ≤0.005 |
物理性能
表 2
熔點 | 1310℃ |
密度 | 6.5 g/cm3 |
特定電阻 | 82 μΩcm |
熱膨脹系數(CTE) | 11×10-6 °K |
彈性模量 | 41-75 GPa |
鎳鈦合金絲
形狀記憶鎳鈦合金絲可以用來開發植入物，這種植入物可以以緊湊的形狀植入人體，一旦植入，就可以激活其功能形式。如果您需要絲在一個特定的形狀為一個特定的應用程序，我們提供形狀設置。這設置了一個絲的形狀，具體符合您的設備設計要求。我們不僅生產各種形式的鎳鈦合金，而且從始至終都控制著鎳鈦合金的整個生產過程，在醫用器材領域我們提供世界上領先的鎳鈦合金熔體到成品的原料。
超彈性發生在剛好高于轉變溫度的溫度下，允許材料從高達8%的應變中恢復，永久應變的設置為0.5%或更低。
鎳鈦合金絲有兩種基本形式：鎳鈦合金絲和平絲，鎳鈦合金無心研磨棒。
所有鎳鈦合金等級均可在可進行熱處理的冷加工條件下，或可作為拉直的超彈性絲供貨。
鎳鈦合金絲應用
鎳鈦合金線用于許多不同的醫療和工業應用。醫學應用包括血管治療、心律管理、神經刺激、正畸、矯形、內鏡、種植牙等。典型的醫學應用包括導絲、編織支架、牙根銼、牙弓絲、節育器、縫合線等。
下面給出了每種鎳鈦合金醫用等級的一些典型應用
Nitinol A: 導絲、支架、針、成型芯、取石籃、正畸銼等。
Nitinol B*: 常用于需要較高的常溫下的高原加載和卸載應力的場合。鉻的加入降低了轉變溫度，提高了抗拉強度。
Nitinol C**: 要求增加剛度的應用。鈷摻雜降低了轉變溫度，提高了抗拉強度。
Nitinol D: 在體溫(37℃)下提供極佳的循環性能。
Nitinol E: 這種合金的一個常見應用是高溫執行機構。
Nitinol F: 這種合金的一個常見應用是高溫執行機構。
Nitinol G: 通常用于需要在體溫(37℃)下進行相變的應用程序中。
Nitinol H: 適用于溫度極低的環境。
* 典型化學成分:ASTM F2063，Cr 0.2% - 0.3%。
** 典型化學成分:ASTM F2063，Co 1% - 2%。
超彈性合金的力學性能
表3: 冷作超彈性合金
絲材代碼 | 錠As(℃) | 上平臺應力 (psi) | 延伸率(%) | 上平臺應力 (psi) | 延伸主 (%) | 加載平臺(psi) | 卸載平臺(psi) | 實際動作溫度 Af(℃) |
Niti A | -35 to -10 | 200,000 min | >4% | 180,000 min | > 10% | > 70,000 | > 20,000 | +10 to +18 |
Niti B | -65 to 0 | 250,000 min | >4% | 210,000 min | > 10% | > 80,000 | > 35,000 | 0 + 18 |
Niti C | -80* | 200,000 min | >5% | 190,000 min | > 10% | > 100,000 | > 60,000 | -15* |
Niti D | -10 to +10 | 220,000 min | >4% | 180,000 min | > 10% | > 65,000 | > 7,000 | +14 to +22 |
Niti H | ≤ -35 | 220,000 min | >4% | 160,000 min | > 10% | > 75,000 | > 25,000 | ≤0 |
注 | 1. 應變至8%以后的永久性設置< 0.5%。 2. 結果是圓絲直徑從0.05mm到4.0mm的典型值。 3. 所有機械性能試驗均在22±2℃進行。 4. 動作溫度Af是材料完全轉變為奧氏體的溫度。 5. * 典型目標值 | |||||||
形狀記憶合金的機械性能
表4: 冷作形狀記憶合金
絲材代碼 | 錠As(℃) | 上平臺應力(psi) | 延伸率(%) | 上平臺應力(psi) | 延伸率(%) | 加載平臺(psi) | 實際工作溫度Af(°C) |
Niti E | ≥ +85 | 220,000 min | >3% | 160,000 min | > 10% | N/A | ≥ +85 |
Niti F | +35 to +85 | 220,000 min | >3% | 160,000 min | > 10% | N/A | +40 to +80 |
Niti G | +10 to +35 | 220,000 min | >3% | 160,000 min | > 10% | N/A | +22 to +40 |
注 | 1. 結果是圓絲直徑從0.05mm到4.0mm的典型值。 2. 所有機械性能試驗均在22±2℃進行。 3. 動作溫度Af是材料完全轉變為奧氏體的溫度。 | ||||||
鎳鈦合金絲材形式及尺寸
圓絲: 0.05 to 4.0mm
扁絲縱橫比: W/T < 10
軋帶縱橫比: W/T >10:1
最小厚度: 0.008mm
最大寬度: 11.5mm
組合式輥壓模: 方形或矩形
定制形狀: 各種異形截面線
鎳鈦合金圓絲直徑及公差
表5
直徑mm | 4.00-2.00 | 2.00-1.00 | 1.00-0.35 | 0.35-0.26 | 0.26-0.15 | 0.15-0.05 |
公差mm | ±0.020 | ±0.015 | ±0.010 | ±0.007 | ±0.005 | ±0.004 |
失圓度：小于直徑公差的一半。
交貨狀態
1. 直超彈性(SE)
2. 冷作(CW)
表面質量
1. 輕氧化 - 金剛石拉拔表面
2. 暗氧化 - 金剛石拉拔表面
3. 黑氧化 - 金剛石拉拔表面
4. 蝕刻 - 化學去除氧化層，會保持表面光滑
5. 酸洗 - 化學去除氧化層，再加上少量的賤金屬，表面會有粗糙的紋理
6. 蝕刻和機械拋光 - 化學去除氧化層，然后機械拋光，表面將有不銹鋼外觀(放大40x時，會發現微劃痕）
7. 無氧化物 - 光滑，無可見氧化物
絲材代碼
工作Af溫度是鎳鈦合金有效超彈性性能的關鍵性能之一。雖然54.5~57.0質量百分比范圍內的主要Ni含量均符合ASTM F2063-12標準規范，但Af對化學成分非常敏感，鎳鈦合金成分的詳細分級至關重要。這就是為什么我們使用詳細的和經過驗證的材料代碼來識別合金。
表6
絲材代碼 | A | B | C | D | E | F | G | H |
實際工作溫度Af ℃ | 70+/-10 | 30+/-10 | 25+/-5 | 17+/-7 | 10+/-10 | 5+/-10 | -20+/-10 | -30+/-15 |
我們的優勢
1. 首先，所有進口鎳鈦合金原料都要經過第三方檢驗，以確保其符合化學、轉化溫度、材料均勻性和微觀結構等專有規范。為了提高表面光潔度和均勻度，所有的線材和管材產品都采用高精度的單晶或多晶金剛石拉絲模技術。經過正確的超彈性熱處理后，醫用鎳鈦材料在人體溫度下可以承受高達8%的應變而不會永久彎曲。
2. 我們所有的鎳鈦合金材料和產品都是按照客戶的規格制造的。
3. 材料可以按超彈性或更高的轉換溫度形狀記憶交貨。
標準規范
ASTM F2063-12 | 醫療器械和外科植入物用鍛態鎳鈦形狀記憶合金標準 化學成分 |
GB 24627 | 醫療器械和外科植入物用鍛態鎳鈦形狀記憶合金標準 化學成分 |
ASTM F2633-13 | 用于醫療器件和外科植入無縫鎳鈦記憶合金管件的標準規范 |
ASTM F2005-05 | 鎳鈦形狀記憶合金的標準術語 |
ASTM F2004-05 | 用熱分析測試鎳鈦合金轉變溫度的標準測試方法 |
ASTM F2516-14 | 鎳鈦超彈性材料的拉伸測試方法 |
ASTM F2082-15 | 用彎曲和自由恢復法測試鎳鈦形狀記憶合金相變溫度的標準測試方法 |
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