Никелид титана TiNi (нитинол): порошок и заготовки

Никелид титана TiNi (нитинол) — интерметаллид титана и никеля почти равноатомного состава, главный промышленный сплав с эффектом памяти формы и сверхупругостью. Мы поставляем порошок никелида титана и порошковые заготовки из него по техническому заданию заказчика: состав, фракцию и форму согласуем под вашу задачу. Запросы принимаем на почту 5052082@mail.ru.

Что такое никелид титана

Никелид титана содержит около 50 атомных процентов никеля — по массе это примерно 55 % никеля и 45 % титана. Отечественный литой сплав ТН1 по ТУ 1-809-394-84 содержит 53,5–56,5 % никеля по массе, остальное — титан.

Свойство	Значение
Плотность	≈ 6,45 г/см³
Температура плавления	≈ 1310 °C
Модуль упругости аустенита	75–83 ГПа
Модуль упругости мартенсита	28–40 ГПа
Обратимая деформация при сверхупругости	до ≈ 8 %

Примеси в сплаве ТН1 по ТУ 1-809-394-84 ограничены (% по массе, не более): железо 0,3; кобальт 0,2; кислород 0,2; углерод 0,1; водород 0,013; азот 0,05; кремний 0,15; сумма прочих 0,3.

Память формы и сверхупругость

Свойства никелида титана определяет мартенситное превращение: при охлаждении высокотемпературная фаза — аустенит с кубической решёткой — перестраивается в мартенсит с моноклинной решёткой, а при нагреве возвращается обратно.

• Эффект памяти формы. Деталь, деформированную в мартенситном состоянии, нагревают выше температуры обратного превращения — и она восстанавливает исходную форму.
• Сверхупругость. Выше температуры превращения сплав под нагрузкой переходит в мартенсит, а после снятия нагрузки возвращается в аустенит. Деформация до нескольких процентов полностью снимается без остаточного изменения формы.

Почему так важен точный состав

Температуры превращения у никелида титана очень чувствительны к составу: изменение содержания никеля всего на 0,1 атомного процента сдвигает температуру начала мартенситного превращения примерно на 10 °C (в сплавах с избытком никеля — до 15 °C и больше). В зависимости от состава и обработки температуры превращения меняются примерно от −70 до +120 °C. При этом для большинства изделий их нужно выдержать с точностью ±10 °C, а для имплантатов и термочувствительных датчиков — иногда до ±1 °C.

Кислород тоже сдвигает превращение: он связывает часть титана в оксиды, и оставшаяся матрица обогащается никелем. Поэтому для никелида титана примеси внедрения — кислород, азот, углерод — нормируют так строго.

У литого никелида титана есть ещё одна проблема — неоднородность. В литом сплаве кроме основной фазы TiNi часто присутствует фаза Ti₂Ni, её доля может доходить до 15–20 %. Порошковая технология позволяет получить материал однороднее.

Порошок никелида титана

Порошок TiNi получают несколькими способами: распылением расплава, гидрированием и размолом слитка, а также гидридно-кальциевым методом — совместным восстановлением оксида титана с никелем или оксидом никеля гидридом кальция при 1100–1300 °C. В последнем случае сплав образуется сразу в виде порошка, без плавки.

По опубликованным данным, гидридно-кальциевый порошок TiNi имеет губчатые разветвлённые частицы размером от 5 до 250 мкм (основная фракция — от 15–20 до 70–120 мкм), насыпную плотность 1,4–2,4 г/см³; содержание титана по партиям выдерживается в узком интервале около 1 % по массе. Такой порошок хорошо прессуется благодаря развитой форме частиц.

Как из порошка получают заготовки

• Прессование — гидростатическое (например, при 207 МПа) или в пресс-форме.
• Спекание в вакууме при 1270–1290 °C. Вакуумное спекание дополнительно снижает содержание газов, особенно водорода.
• Горячее изостатическое прессование — для получения плотного материала без пор.
• Термомеханическая обработка — ротационная ковка, винтовая или поперечная прокатка, волочение, — чтобы получить пруток, проволоку или лист с нужной структурой и свойствами.

Где применяется никелид титана

• медицина: стенты, ортодонтические дуги, хирургические инструменты, фиксаторы и имплантаты;
• техника: термомеханические муфты для соединения труб, приводы и исполнительные элементы, срабатывающие от нагрева;
• датчики и регуляторы температуры;
• демпфирующие и сверхупругие элементы — пружины, антенны, оправы очков.

Что указать в заявке

• нужен порошок или заготовка (пруток, диск и т. п.);
• соотношение титана и никеля или требуемые температуры превращения;
• фракцию порошка и количество;
• требования к примесям (кислород, азот, углерод, водород);
• нужен ли протокол анализа.

Вопросы и ответы

Чем порошковый никелид титана лучше литого?

Порошковая технология даёт более однородный фазовый состав и узкий разброс содержания титана и никеля по партии. У литого сплава часто встречается вредная фаза Ti₂Ni и требуется отбор слитков по температурам превращения.

Можно ли заказать сплав с заданными температурами превращения?

Температуры превращения задают соотношением титана и никеля и последующей термообработкой. Укажите их в техническом задании — подберём состав.

Есть ли сплавы с памятью формы для высоких температур?

Да, для этого никелид титана легируют гафнием — такие сплавы работают при температурах выше 100 °C. Также смотрите титановые сплавы и порошок титана.

Заказать никелид титана

Поставим порошок никелида титана или порошковые заготовки по вашему техническому заданию. Пришлите состав или требуемые температуры превращения, фракцию и количество на почту 5052082@mail.ru — ответим по срокам и стоимости.