니켈 - 티타늄 합금은 얼마나 강합니까?

20 세기 중반에 발견 된 이래로, 니켈 - 티타늄 합금은 종종 "금속의 변압기"라고 불리는 독특한 형상 메모리 효과와 초강력 덕분에 의료, 항공 우주 및 스마트 기기 산업에 혁명을 일으켰습니다. 그 강도는 특히 놀랍지 않지만 파손되지 않고 극심한 스트레스를 견딜 수는 있지만 반복적 인 변형 후에도 회복 할 수 있습니다. 이러한 강도와 유연성의 조합은 전통적인 금속의 능력을 능가합니다.

인장 강도

니켈 - 티타늄 합금의 인장 강도는 일반적으로 850 MPa 이상이며, 일반 의료 스테인레스 스틸 (약 600 - 800 MPa)의 훨씬 초과하고 심지어 높은 - 강도 티탄 합금 수준에 접근합니다. 항복 강도는 195 ~ 690 MPa 범위이며 열처리를 통해 정확하게 제어 될 수 있습니다. 예를 들어, 400도 이상의 온도에서 어닐링하면 항복 강도가 높아져 긴 - 용어 부하 - 베어링이 필요한 구조적 구성 요소에 적합합니다. 반면에 - 온도 어닐링은 항복 강도를 줄이고 유연성을 증가시켜 유연한 장치의 요구를 충족시킵니다. 이 조정 성은 니켈 티타늄 합금이 강도와 탄성의 이중 요구 사항을 충족시킬 수있게합니다.

초탄력

니티놀의 "초탄력"은 그 강점의 또 다른 차원입니다. 스트레스 하에서, 그것은 25% ~ 50%의 탄성 변형 (일반 금속의 경우 약 1%에 비해)을 겪을 수 있으며, 언로드하면 원래 모양으로 완전히 회복되어 영구적 인 변형이 나타나지 않습니다. 이 특성은 고유 한 마르텐 사이트 변환 메커니즘에서 비롯됩니다. 외부 힘이 임계 값에 도달하면 재료의 내부 결정 구조는 안정적인 오스테 나이트 단계에서 연성 마르텐 사이트 상으로 변형되어 많은 양의 에너지를 흡수합니다. 외부 힘이 제거되면 위상 변환이 역전되어 에너지를 방출하고 재료를 원래 모양으로 되돌립니다. 이 과정은 니켈 - 티타늄 합금이 충격 또는 반복 하중에 노출 될 때 "동적 인성"을 훨씬 초과하는 "동적 인성"을 보여줍니다. 예를 들어, 심장 스텐트에서는 피로 ​​골절없이 혈관 맥동을 확장하고 수축 할 수 있습니다.

피로의 삶

강도는 단일 - 하중 베어링 용량뿐만 아니라 긴 - 용어 신뢰도에도 반영됩니다. 니켈 - 티타늄 합금은 1 × 10 ° 사이클을 초과하는 피로 수명을 가지고 있습니다. 이는 이식 가능한 장치 (예 : 심장 밸브 프레임 및 정형 외과 고정 핀)가 인체 온도 (37도) 및 혈류의 주기적 응력 하에서 분해없이 수십 년 동안 안정적으로 작동 할 수 있음을 의미합니다. 이 높은 피로의 수명은 두 가지 주요 메커니즘에서 비롯됩니다. 첫째, 위상 형질 전환 동안의 에너지 소산은 스트레스 농도를 감소시킵니다. 둘째, 표면 산화물 층 (TIO)의 조밀 한 구조는 부식성 매체의 침투를 효과적으로 차단하고 미세 락의 전파를 방지한다.

경량과 고강도의 "완벽한 균형"

니켈 - 티타늄 합금의 밀도는 6.45 g/cm³, 약 2 - 강철의 3 분의 1이지만 하중 - 높은 - 강철 강철과 비교할 수있는 베어링 용량을 제공합니다. 이 "가볍지 만 강한"조합은 항공 우주 산업에 이상적인 재료입니다. 예를 들어, 위성 태양 전지판 배치 메커니즘에서 니켈 - 티타늄 합금 스프링은 매우 낮은 온도에서 탄력성을 유지하여 정확한 배치를 주도합니다. 항공기 날개 조절기에서 초자연력은 공기 흐름 충격을 흡수하면서 무게를 줄이고 연료 효율을 향상시킵니다. 경량은 의료 분야에서도 중요합니다. 니티놀 정형 외과 임플란트는 과도한 체중으로 인해 주변 조직에 손상을 일으키지 않고 충분한지지를 제공합니다.

부식 저항

니티 놀의 부식성은 표면에 형성된 수동 산화물 층 (Tio and and nitio₃) 덕분에 316L 의료 스테인레스 스틸의 내식성을 능가합니다. 시뮬레이션 된 인체 유체 (예 : Hank의 솔루션)에서, 부식 속도는 스테인리스 스틸의 10 분의 1 - 단 하나이며, 표면 니켈 이온 방출은 0.2ug/cm²/day의 안전 임계 값보다 훨씬 낮은 0.05ug/cm²/day보다 작습니다. 이 부식 저항은 장치 수명을 연장 할뿐만 아니라 금속 이온 축적으로 인한 염증 반응을 방지하여 긴 - 용어 임플란트의 생체 안전성을 보장합니다.

니티놀의 "지능"

니티놀의 강도 장점은 모양 메모리 효과 및 생체 적합성과 결합 된 재료 과학의 경계를 추진하고 있습니다. 예를 들어,은 및 하프 늄과 같은 요소를 추가함으로써 니켈 - 티타늄 - 항균 특성과 높은 강도를 갖는 복합 재료를 개발할 수 있습니다. 전자 빔 용융 기술은 순도가 99.99%로 니켈 - 티타늄 합금을 생성하여 강도와 부식 저항을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 앞으로 3D 프린팅 기술이 성숙함에 따라 니켈 - 티타늄 합금의 강도와 기능은 개인의 요구에보다 정확하게 맞춤화되어 개인화 된 의약품 및 유연한 로봇 공학과 같은 영역에서 새로운 가능성을 열어 줄 것입니다.

하트 스텐트에서 항공 우주 성분, 스마트 센서에서 정형 외과 임플란트에 이르기까지 니켈 - 티타늄 합금을 강도와 유연성을 결합하는 철학과 재료와 기능 사이의 경계를 재정의합니다. 단순한 금속 이상의 "생각"지능적 재료 -는 강도와 탄력성, 강성 및 강인성, 내구성 및 적응성 사이의 완벽한 균형을 강화합니다.