Titaaniseoksen superelastisuuden vaikuttavat tekijät ja parantavat menetelmät

Ti-Ni-lejeeringin maksimaalinen palautumisjännitys (εr) voi olla 8.0%, mikä osoittaa erinomaisen muodonmuistin ja superelastisuuden, ja sitä käytetään laajalti luulevyinä, verisuonitelineen ja oikomisrakenteina. Kun Ti-Ni-seos istutetaan ihmiskehoon, se voi kuitenkin vapauttaa Ni+:a, joka on herkistävää ja syöpää aiheuttavaa, mikä johtaa vakaviin terveysongelmiin. Titaaniseoksella on hyvä biologinen yhteensopivuus, korroosionkestävyys ja alhainen kimmomoduuli, ja se voi saada paremman lujuuden ja plastisuuden sopivan kohtuullisen lämpökäsittelyn jälkeen, se on eräänlainen metallimateriaali, jota voidaan käyttää kovien kudosten korvaamiseen. Samanaikaisesti joissakin titaaniseoksissa esiintyy palautuvaa termoelastista martensiittista transformaatiota, joka osoittaa tiettyjä superelastisia ja muotomuistivaikutuksia, mikä laajentaa entisestään sen käyttöä biolääketieteen alalla. Myrkyttömistä alkuaineista koostuvan ja erittäin joustavan titaaniseoksen kehittämisestä on tullut lääketieteellisen titaaniseoksen tutkimuskeskus viime vuosina.
Tällä hetkellä on kehitetty monia -titaaniseoksia, joilla on superelastisuus ja muotomuistiefektit huoneenlämpötilassa, kuten Ti-Mo-, Ti-Ta-, Ti-Zr- ja Ti-Nb-seokset. Näiden metalliseosten superelastinen talteenotto on kuitenkin pieni, kuten Ti-(26, 27)Nb:n maksimi εr (26 ja 27 ovat atomifraktioita, ellei niitä ole erikseen merkitty, tässä paperissa mukana olevat titaaniseoskomponentit ovat atomifraktioita) on vain 3.{11}}%, paljon pienempi kuin Ti-Ni-seos. Titaaniseoksen superelastisuuden parantaminen edelleen on kiireellinen ongelma, joka on ratkaistava. Tässä artikkelissa analysoidaan titaaniseoksen superelastisuuteen vaikuttavia tekijöitä ja esitetään systemaattisesti yhteenveto menetelmistä superelastisuuden parantamiseksi.
Superelastisuus 1.1 Reversiibeli jännityksen aiheuttama martensiittinen muunnos 1 titaaniseosten
Titaaniseosten superelastisuus johtuu yleensä palautuvasta jännityksen aiheuttamasta martensiittisesta muutoksesta, eli runkokeskeisen kuutiohilarakenteen vaihe muuttuu rombisen hilarakenteen "-vaiheeksi, kun venymä kuormitetaan. Purkamisen aikana "vaihe muuttuu faasiksi ja jännitys palautuu. Superelastisessa titaaniseoksessa runkokeskeisen kuutiorakenteen vaihetta kutsutaan "austeniitiksi" ja rombisen rakenteen vaihetta kutsutaan "martensiitiksi". Martensiittisen faasisiirtymän alkulämpötila, martensiittisen faasisiirtymän loppulämpötila, austeniitin faasisiirtymän alkulämpötila ja austeniitin faasisiirtymän loppulämpötila ilmaistaan ​​Ms:lla, Mf:llä, As:lla ja Af:lla, ja Af on yleensä useita kelvinejä kymmeniin. Kelvin korkeampi kuin Ms. Titaaniseoksen kuormitus- ja purkuprosessi jännityksen aiheuttaman martensiittisen muunnoksen kanssa on esitetty kuvassa 1. Ensin tapahtuu faasin elastinen muodonmuutos, joka muuttuu "-vaiheeksi leikkausvoiman muodossa, kun kuormitus saavuttaa martensiittisen faasisiirtymän indusoimiseen tarvittava kriittinen jännitys (σSIM). Kuorman kasvaessa martensiittinen vaihemuutos ( → ") jatkuu, kunnes martensiittisen faasisiirtymän loppuun (tai loppuun) vaadittava jännitys saavutetaan, ja sitten "-vaiheen elastinen muodonmuutos tapahtuu. Kun kuormitus kasvaa edelleen yli vaiheluiston edellyttämän kriittisen jännityksen (σCSS), tapahtuu vaiheen plastinen muodonmuutos. Purkamisen aikana " vaiheen ja vaiheen elastisen palautumisen lisäksi "→ vaihemuutos aiheuttaa myös jännityksen palautumista. Seoksen superelastinen eli muotomuistivaikutus riippuu faasimuutoslämpötilan ja testilämpötilan välisestä suhteesta. Kun Af on hieman alhaisempi kuin testilämpötila, kuormituksen aikana aiheuttaman jännityksen aiheuttama faasi tapahtuu → faasimuutoksen purkamisen aikana, ja jännityksen aiheuttamaa faasimuutosta vastaava venymä voi palautua täysin ja lejeeringillä on superelastisuus. Kun testilämpötila on As:n ja Af:n välillä, osa faasista muuttuu faasiksi purkamisen aikana ja jännityksen aiheuttamaa faasimuutosta vastaava venymä palautuu ja lejeeringillä on tietty superelastisuus. Jos seosta kuumennetaan edelleen Af:n yläpuolelle, jäljelle jäävä "faasi muuttuu faasiksi, faasimuutosjännitys palautuu kokonaan talteen ja lejeeringillä on tietty muotomuistivaikutus. Kun testilämpötila on alhaisempi kuin As, jännityksen aiheuttama martensiittinen muutos jännitys ei palaudu automaattisesti testilämpötilassa, eikä seoksella ole superelastisuutta, mutta kun seos kuumennetaan Af:n yläpuolelle, faasimuutosvenymä palautuu täysin ja lejeeringillä on muotomuistivaikutus.