Сплавы с памятью формы

Впервые обратимые изменения размеров кристаллов мартенсита в сплаве Cu–Al–Ni при изменении температуры обнаружили в 1949 году академик Г.В.Курдюмов и профессор Л.Г. Хандрос. В 1980 году было зарегистрировано их открытие ״явления термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа, заключающееся в образовании упругих кристаллов мартенсита, границы которых при изменении температуры или поля напряжений перемещаются в сторону мартенситной или исходной фазы с обратимым одновременным изменением геометрической формы образующихся областей твердого тела״.

Это явление было обнаружено при разработке сплава для изделий с высокой коррозионной стойкостью в морской воде, с немагнитностью, высокой удельной прочностью и технологичностью. В процессе термообработки сплав обнаружил новое свойство, которое получило название ״эффект памяти формы״. Изделие из такого сплава получало пластическую деформацию, а затем восстанавливало первоначальную форму в результате нагрева (эффект памяти формы) или сразу после снятия нагрузки (сверхупругость).

Физико-механическая сущность данного явления заключается в том, что мартенситное превращение создает напряжения и деформацию внутренних структурных элементов металла с образованием доменов, ориентированных по разным направлениям. Приложение внешней механической нагрузки при температуре мартенситного превращения и деформация изделия, имеющего такую структуру с легко подвижными границами между кристаллическими зернами и доменами, выстраивает все домены в направлении приложенной нагрузки и деформации изделия. После снятия нагрузки и остывания изделия можно создать другую деформацию, которая будет сохраняться. Если затем нагреть изделие до определенной температуры, то произойдет обратная мартенситное превращение и устранение мартенситной деформации. В результате структура будет иметь только начальные механические напряжения, которые возвращают изделия к исходной форме.

К сплавам с обратным мартенситным превращением и памятью формы относятся Ni–Al, Ni–Co, Ni–Ti, Ti–Nb, Fe–Ni, Cu–Al, Cu–Al–Ni, но шире всего применяются сплавы на основе мононикелида титана NiTi – нитинола. Он обладает прочностью до значений σ_В=1200МПа, пластичностью до δ=15%, биологической совместимостью, степень восстановления исходной формы изделия достигает 100%. Сплав является коррозионностойким, вибропоглощающим, температурный интервал изменения формы составляет 10..40⁰С в диапазоне температур от –200⁰С до 150⁰С.

Применяются такие сплавы для создания разворачивающихся конструкций (антенн), термодатчиков, прочных герметичных соединений, демпферов, временных и постоянных медицинских имплантатов. Сейчас разрабатываются материалы, где мартенситное превращение изменяет электрические, магнитные, оптические и другие свойства.