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(guò)熱彈性、馬氏體相變和逆變形成形狀記憶效應(yīng)的材料。目前，鈦基、銅基和鐵基形狀記憶合金已得到應(yīng)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(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、耐腐蝕、穩(wěn)定性好、生物相容性好等特點(diǎn)。
鎳鈦合金結(jié)合了形狀記憶和超彈性這兩個(gè)緊密相關(guān)的獨(dú)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(zhuǎn)變溫度時(shí)恢復(fù)到原來(lái)的形狀。這是由于材料由低溫單斜馬氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷亓⒎綂W氏體結(jié)構(gòu)所致。
形狀記憶合金的應(yīng)用
形狀記憶合金以其優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于航空航天機(jī)械、機(jī)電、生物醫(yī)藥、橋梁建筑、汽車工業(yè)和日常生活中。
1. 對(duì)于生物醫(yī)學(xué)，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(cè)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(guò)濾器、血管擴(kuò)張?jiān)?、各種腔內(nèi)支架、栓塞裝置、心臟貼片、血栓過(guò)濾器、介入導(dǎo)絲、手術(shù)縫合線等。
2. 在航空航天工業(yè)中，形狀記憶合金已應(yīng)用于航空和航天領(lǐng)域，如軍用飛機(jī)液壓系統(tǒng)的低溫配套連接器，目前正在歐美開發(fā)用于直升機(jī)的智能水平旋翼。它還被用于月球探測(cè)器的天線，在衛(wèi)星上，形狀記憶釋放裝置被用來(lái)打開一個(gè)容器，用來(lái)保護(hù)敏感的鍺探測(cè)器在組裝和發(fā)射期間不受污染。
3. 在機(jī)電一體化，形狀記憶合金主要用于低溫配合連接器、導(dǎo)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(jī)械制造中取代手動(dòng)或液壓夾具的驅(qū)動(dòng)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(jī)天線、消防止回閥等。
生物醫(yī)學(xué)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(dú)特的超彈性而廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。然而，三元或其他鎳鈦合金可以實(shí)現(xiàn)不同的性能。所有采購(gòu)的鎳鈦合金原料均經(jīng)過(guò)第三方檢驗(yàn)，以確保其符合化學(xué)、轉(zhuǎn)化溫度、材料均勻性和微觀結(jié)構(gòu)等專有規(guī)范。為了提高表面光潔度和均勻度，所有的線材和管材產(chǎn)品都采用高精度的單晶或多晶金剛石拉絲模技術(shù)。經(jīng)過(guò)正確的超彈性熱處理后，醫(yī)用鎳鈦材料在人體溫度下可以承受高達(dá)8%的應(yīng)變而不會(huì)永久彎曲。
鎳鈦合金的特殊性能
1. 形狀記憶
2. 超彈性
3. 對(duì)口腔溫度變化敏感
4. 優(yōu)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(xué)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(diǎn) | 1310℃ |
密度 | 6.5 g/cm3 |
特定電阻 | 82 μΩcm |
熱膨脹系數(shù)(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(lái)開發(fā)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(gè)特定的形狀為一個(gè)特定的應(yīng)用程序，我們提供形狀設(shè)置。這設(shè)置了一個(gè)絲的形狀，具體符合您的設(shè)備設(shè)計(jì)要求。我們不僅生產(chǎn)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程，在醫(yī)用器材領(lǐng)域我們提供世界上領(lǐng)先的鎳鈦合金熔體到成品的原料。
超彈性發(fā)生在剛好高于轉(zhuǎn)變溫度的溫度下，允許材料從高達(dá)8%的應(yīng)變中恢復(fù)，永久應(yīng)變的設(shè)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(wú)心研磨棒。
所有鎳鈦合金等級(jí)均可在可進(jìn)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(yīng)用
鎳鈦合金線用于許多不同的醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用。醫(yī)學(xué)應(yīng)用包括血管治療、心律管理、神經(jīng)刺激、正畸、矯形、內(nèi)鏡、種植牙等。典型的醫(yī)學(xué)應(yīng)用包括導(dǎo)絲、編織支架、牙根銼、牙弓絲、節(jié)育器、縫合線等。
下面給出了每種鎳鈦合金醫(yī)用等級(jí)的一些典型應(yīng)用
Nitinol A: 導(dǎo)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(yīng)力的場(chǎng)合。鉻的加入降低了轉(zhuǎn)變溫度，提高了抗拉強(qiáng)度。
Nitinol C**: 要求增加剛度的應(yīng)用。鈷摻雜降低了轉(zhuǎn)變溫度，提高了抗拉強(qiáng)度。
Nitinol D: 在體溫(37℃)下提供極佳的循環(huán)性能。
Nitinol E: 這種合金的一個(gè)常見應(yīng)用是高溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
Nitinol F: 這種合金的一個(gè)常見應(yīng)用是高溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
Nitinol G: 通常用于需要在體溫(37℃)下進(jìn)行相變的應(yīng)用程序中。
Nitinol H: 適用于溫度極低的環(huán)境。
* 典型化學(xué)成分:ASTM F2063，Cr 0.2% - 0.3%。
** 典型化學(xué)成分:ASTM F2063，Co 1% - 2%。
超彈性合金的力學(xué)性能
表3: 冷作超彈性合金
絲材代碼 | 錠As(℃) | 上平臺(tái)應(yīng)力 (psi) | 延伸率(%) | 上平臺(tái)應(yīng)力 (psi) | 延伸主 (%) | 加載平臺(tái)(psi) | 卸載平臺(tái)(psi) | 實(shí)際動(dòng)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(yīng)變至8%以后的永久性設(shè)置< 0.5%。 2. 結(jié)果是圓絲直徑從0.05mm到4.0mm的典型值。 3. 所有機(jī)械性能試驗(yàn)均在22±2℃進(jìn)行。 4. 動(dòng)作溫度Af是材料完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。 5. * 典型目標(biāo)值 | |||||||
形狀記憶合金的機(jī)械性能
表4: 冷作形狀記憶合金
絲材代碼 | 錠As(℃) | 上平臺(tái)應(yīng)力(psi) | 延伸率(%) | 上平臺(tái)應(yīng)力(psi) | 延伸率(%) | 加載平臺(tái)(psi) | 實(shí)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(jié)果是圓絲直徑從0.05mm到4.0mm的典型值。 2. 所有機(jī)械性能試驗(yàn)均在22±2℃進(jìn)行。 3. 動(dòng)作溫度Af是材料完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W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(tài)
1. 直超彈性(SE)
2. 冷作(CW)
表面質(zhì)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(xué)去除氧化層，會(huì)保持表面光滑
5. 酸洗 - 化學(xué)去除氧化層，再加上少量的賤金屬，表面會(huì)有粗糙的紋理
6. 蝕刻和機(jī)械拋光 - 化學(xué)去除氧化層，然后機(jī)械拋光，表面將有不銹鋼外觀(放大40x時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)微劃痕）
7. 無(wú)氧化物 - 光滑，無(wú)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(guān)鍵性能之一。雖然54.5~57.0質(zhì)量百分比范圍內(nèi)的主要Ni含量均符合ASTM F2063-12標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但Af對(duì)化學(xué)成分非常敏感，鎳鈦合金成分的詳細(xì)分級(jí)至關(guān)重要。這就是為什么我們使用詳細(xì)的和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的材料代碼來(lái)識(shí)別合金。
表6
絲材代碼 | A | B | C | D | E | F | G | H |
實(shí)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(yōu)勢(shì)
1. 首先，所有進(jìn)口鎳鈦合金原料都要經(jīng)過(guò)第三方檢驗(yàn)，以確保其符合化學(xué)、轉(zhuǎn)化溫度、材料均勻性和微觀結(jié)構(gòu)等專有規(guī)范。為了提高表面光潔度和均勻度，所有的線材和管材產(chǎn)品都采用高精度的單晶或多晶金剛石拉絲模技術(shù)。經(jīng)過(guò)正確的超彈性熱處理后，醫(yī)用鎳鈦材料在人體溫度下可以承受高達(dá)8%的應(yīng)變而不會(huì)永久彎曲。
2. 我們所有的鎳鈦合金材料和產(chǎn)品都是按照客戶的規(guī)格制造的。
3. 材料可以按超彈性或更高的轉(zhuǎn)換溫度形狀記憶交貨。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
ASTM F2063-12 | 醫(yī)療器械和外科植入物用鍛態(tài)鎳鈦形狀記憶合金標(biāo)準(zhǔn) 化學(xué)成分 |
GB 24627 | 醫(yī)療器械和外科植入物用鍛態(tài)鎳鈦形狀記憶合金標(biāo)準(zhǔn) 化學(xué)成分 |
ASTM F2633-13 | 用于醫(yī)療器件和外科植入無(wú)縫鎳鈦記憶合金管件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 |
ASTM F2005-05 | 鎳鈦形狀記憶合金的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ) |
ASTM F2004-05 | 用熱分析測(cè)試鎳鈦合金轉(zhuǎn)變溫度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法 |
ASTM F2516-14 | 鎳鈦超彈性材料的拉伸測(cè)試方法 |
ASTM F2082-15 | 用彎曲和自由恢復(fù)法測(cè)試鎳鈦形狀記憶合金相變溫度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法 |
國(guó)機(jī)金屬江蘇有限公司 | 電話：0510-86181977 | 郵件：info@cmmetal.cn |
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