Сплав TiNiHf с высокотемпературной памятью формы

Сплав TiNiHf (никелид титана, легированный гафнием) — сплав с эффектом памяти формы, который работает при температурах выше 100 °C, недоступных обычному никелиду титана. Из него делают исполнительные элементы — приводы, которые срабатывают от нагрева в горячих узлах авиационной, космической и энергетической техники. Мы поставляем порошок и порошковые заготовки сплавов TiNiHf по техническому заданию заказчика. Запросы принимаем на почту 5052082@mail.ru.

Зачем в никелид титана добавляют гафний

У обычного никелида титана температуры мартенситного превращения ограничены — ниже примерно 150 °C. Для привода, который должен срабатывать в горячем отсеке двигателя или рядом с нагретой конструкцией, этого мало. Гафний частично замещает титан в решётке и поднимает температуры превращения: в зависимости от состава и обработки они могут превышать 500 °C. Такие материалы называют высокотемпературными сплавами с памятью формы.

Самый изученный состав — Ni50,3Ti29,7Hf20

Наиболее исследован сплав Ni50,3Ti29,7Hf20 (атомные проценты), который подробно изучили в исследовательском центре NASA имени Гленна:

Свойство	Значение
Температуры превращения	выше 150 °C
Обратимая деформация при превращении	≈ 2 % при сжатии, ≈ 4 % при растяжении, ≈ 6 % при кручении
Напряжение, которое развивает элемент при нагреве (после тренировки)	более 1,5 ГПа
Режим старения для упрочнения	около 550 °C, 3 ч

Напряжение свыше 1,5 ГПа значительно выше, чем способен развить обычный никелид титана. Благодаря этому сплав используют как силовой элемент: например, в NASA на его основе сделали устройство для раскалывания горных пород при исследовании планет, а также приводы на кручение — трубчатые торсионные актуаторы.

Почему важны никель и старение

В сплавах с небольшим избытком никеля (чуть больше 50 ат. %) при старении выделяются наночастицы так называемой H-фазы, богатой никелем и гафнием. Они делают две вещи:

• упрочняют сплав — элемент держит нагрузку и не накапливает остаточную деформацию при многократных циклах нагрева и охлаждения;
• поднимают температуры превращения — частицы забирают никель из матрицы, а температура превращения особенно чувствительна именно к никелю.

Максимальная твёрдость после старения при 550 °C достигается примерно через 3 часа; при более высокой температуре или длительной выдержке частицы укрупняются. Поэтому состав и режим термообработки подбирают вместе, под требуемые температуры срабатывания.

Как получают сплав

Промышленно сплав выплавляют в вакуумной индукционной или плазменной печи; описаны плавки массой от 0,4 до 250 кг, слитки затем гомогенизируют и прессуют (экструдируют) при высокой температуре. Исследуется и аддитивное производство — селективное лазерное сплавление.

Есть и порошковый путь — гидридно-кальциевый синтез. Смесь оксидов титана и гафния с никелем или оксидом никеля восстанавливают гидридом кальция при 1100–1300 °C, отмывают от оксида кальция, а полученный порошок сплава прессуют, спекают в вакууме и деформируют. По опубликованным данным, так получены порошковые сплавы Ti28Ni50Hf22 и Ti29,7Ni50,3Hf20 (ат. %), в том числе компактные заготовки массой около 300 г с превращениями в области 220–310 °C и высокой пластичностью при горячей деформации. Тем же методом исследованы и сплавы Ti–Ni–Hf–Zr.

Преимущество порошкового пути — сплав образуется сразу из оксидов, без плавки, и сразу в виде порошка, пригодного для прессования.

Где применяются сплавы TiNiHf

• авиационные двигатели — регулирование зазоров и положения элементов в горячей части, где обычный никелид титана не работает;
• космическая техника — силовые приводы, устройства для работы на поверхности планет;
• исследовательские работы по новым приводам и материалам.

Что указать в заявке

• требуемый диапазон температур срабатывания или состав сплава (атомные проценты никеля, титана, гафния);
• нужен порошок или заготовка, размеры заготовки;
• количество и требования к примесям;
• нужны ли термообработка (старение) и протокол испытаний.

Вопросы и ответы

Чем TiNiHf отличается от обычного нитинола?

Температурами срабатывания и прочностью. Обычный никелид титана работает примерно до 100–150 °C, сплавы с гафнием — выше 150 °C и могут развивать большее напряжение при восстановлении формы.

Можно ли заменить гафний цирконием?

Цирконий тоже повышает температуры превращения, но, по исследованиям сплавов одинакового состава, при крупных выделениях Ni50,3Ti29,7Hf20 превращается на 80–90 °C выше, чем Ni50,3Ti29,7Zr20; при мелких выделениях разница сокращается до 10–20 °C. Выбор зависит от требуемой температуры и стоимости.

Где посмотреть гафний и другие материалы?

Гафний, титановые сплавы, порошок титана.

Заказать сплав TiNiHf

Поставим порошок или заготовки сплава TiNiHf по вашему техническому заданию. Пришлите требуемые температуры срабатывания или состав, размеры и количество на почту 5052082@mail.ru — ответим по срокам и стоимости.