Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів

В даній роботі розглянуто один із класів функціональних матеріалів – металічні сплави, які зазнають мартенситних перетворень, що спричиняють незвичайні фізико-механічні властивості (ефект пам'яті форми, надпружність, висока демпфуюча здатність та ін.). Цей клас матеріалів одержав загальну назву...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2005
1. Verfasser:	Коваль, Ю.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2005
Schlagworte:	Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/2653
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів / Ю.М. Коваль // Наука та інновації. — 2005. — Т. 1, № 2. — С. 80-95. — Бібліогр.: 16 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-2653
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-26532017-02-12T22:00:32Z Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів Коваль, Ю.М. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України В даній роботі розглянуто один із класів функціональних матеріалів – металічні сплави, які зазнають мартенситних перетворень, що спричиняють незвичайні фізико-механічні властивості (ефект пам'яті форми, надпружність, висока демпфуюча здатність та ін.). Цей клас матеріалів одержав загальну назву – сплави з ефектом пам'яті форми (ЕПФ). Розглянуто фізичні основи прояву матеріалами таких властивостей, застосування сплавів з пам'яттю форми в світовій практиці та перспективи їх використання в Україні. Запропоновано технології виготовлення сплавів з ЕПФ та переробка їх для одержання напівфабрикатів. Приводяться приклади конкретних пристроїв, в яких використовуються сплави с ЕПФ, розроблені в ІМФ НАН України. Розглядаються перспективи створення нових функціональних матеріалів, зокрема, високотемпературних сплавів з ефектом пам'яті форми (ЕПФ проявляеться при температурах >150°С), композитних матеріалів з використанням сплавів з ефектом пам'яті форми тощо. Ключові слова: функціональні матеріали, мартенситні перетворення, сплави з ефектом пам'яті форми, промислове застосування. В данной работе рассмотрен один из классов функциональных материалов – металлические сплавы, которые испытывают мартенситные превращения, которые вызывают необычные физико-механические свойства (эффект памяти формы, сверхупругость, высокая демпфирующая способность и др.). Этот класс материалов получил общее название – сплавы с эффектом памяти формы (ЕПФ). Рассмотрены физические основы проявления материалами таких свойств, применения сплавов с памятью формы в мировой практике и перспективы их использования в Украине. Предложены технологии изготовления сплавов с ЕПФ и переработка их для получения полуфабрикатов. Приводятся примеры конкретных устройств, в которых используются сплавы с ЕПФ, разработанные в ИМФ НАН Украины. Рассматриваются перспективы создания новых функциональных материалов, в частности, высокотемпературных сплавов с эффектом памяти формы (ЕПФ проявляется при температурах >150°С), композитных материалов с использованием сплавов с эффектом памяти формы и тому подобное. Ключевые слова: функциональные материалы, мартенситные превращения, сплавы с эффектом памяти формы, промышленное применение. The present paper considers one of the classes of functional materials – metallic alloys undergoing martensitic transformations which cause unusual physical-mechanical properties (shape memory effect, superelasticity, high damping capacity etc.). This class of materials got the general name – Shape Memory Alloys (SMA). Physical background for shape memory behavior is described. SMA industrial application and its prospects in Ukraine are discussed. The technologies for SMA production, processing, treatment and semi-finished product preparation are proposed. Working examples of the particular devices incorporated with SMA and developed in the Institute for Metal Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine are given. The prospects for the development of new functional materials, in particular, high temperature shape memory alloys (shape memory takes place at temperatures >150°Ñ), SMA composite materials etc. Keywords: functional materials, martensitic transformations, shape memory alloys, industrial application. 2005 Article Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів / Ю.М. Коваль // Наука та інновації. — 2005. — Т. 1, № 2. — С. 80-95. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin1.02.080 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/2653 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
spellingShingle	Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Коваль, Ю.М. Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів
description	В даній роботі розглянуто один із класів функціональних матеріалів – металічні сплави, які зазнають мартенситних перетворень, що спричиняють незвичайні фізико-механічні властивості (ефект пам'яті форми, надпружність, висока демпфуюча здатність та ін.). Цей клас матеріалів одержав загальну назву – сплави з ефектом пам'яті форми (ЕПФ). Розглянуто фізичні основи прояву матеріалами таких властивостей, застосування сплавів з пам'яттю форми в світовій практиці та перспективи їх використання в Україні. Запропоновано технології виготовлення сплавів з ЕПФ та переробка їх для одержання напівфабрикатів. Приводяться приклади конкретних пристроїв, в яких використовуються сплави с ЕПФ, розроблені в ІМФ НАН України. Розглядаються перспективи створення нових функціональних матеріалів, зокрема, високотемпературних сплавів з ефектом пам'яті форми (ЕПФ проявляеться при температурах >150°С), композитних матеріалів з використанням сплавів з ефектом пам'яті форми тощо. Ключові слова: функціональні матеріали, мартенситні перетворення, сплави з ефектом пам'яті форми, промислове застосування.
format	Article
author	Коваль, Ю.М.
author_facet	Коваль, Ю.М.
author_sort	Коваль, Ю.М.
title	Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів
title_short	Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів
title_full	Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів
title_fullStr	Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів
title_full_unstemmed	Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів
title_sort	сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2005
topic_facet	Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/2653
citation_txt	Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів / Ю.М. Коваль // Наука та інновації. — 2005. — Т. 1, № 2. — С. 80-95. — Бібліогр.: 16 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT kovalʹûm splavizefektompamâtíformipotužnijklasfunkcíonalʹnihmateríalív
first_indexed	2025-07-02T05:50:49Z
last_indexed	2025-07-02T05:50:49Z
_version_	1836513178464288768
fulltext	80 Інноваційні проекти Національної академії наук України © НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. 2005 СПЛАВИ З ЕФЕКТОМ ПАМ'ЯТІ ФОРМИ – ПОТУЖНИЙ КЛАС ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ Ю. М. Коваль Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ Надійшла до редакції 05.04.05 Резюме: В даній роботі розглянуто один із класів функціональних матеріалів – металічні сплави, які зазнають мартенситних перетворень, що спричиняють незвичайні фізико�механічні властивості (ефект пам'яті форми, надпружність, висока демпфуюча здатність та ін.). Цей клас матеріалів одер� жав загальну назву – сплави з ефектом пам'яті форми (ЕПФ). Розглянуто фізичні основи прояву ма� теріалами таких властивостей, застосування сплавів з пам'яттю форми в світовій практиці та перспек� тиви їх використання в Україні. Запропоновано технології виготовлення сплавів з ЕПФ та переробка їх для одержання напівфабрикатів. Приводяться приклади конкретних пристроїв, в яких використо� вуються сплави с ЕПФ, розроблені в ІМФ НАН України. Розглядаються перспективи створення но� вих функціональних матеріалів, зокрема, високотемпературних сплавів з ефектом пам'яті форми (ЕПФ проявляеться при температурах >150°С), композитних матеріалів з використанням сплавів з ефектом пам'яті форми тощо. Ключові слова: функціональні матеріали, мартенситні перетворення, сплави з ефектом пам'яті фор� ми, промислове застосування. Ю. М. Коваль. СПЛАВЫ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ – МОЩНЫЙ КЛАСС ФУНК* ЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Резюме: В данной работе рассмотрен один из классов функциональных материалов – металлические сплавы, которые испытывают мартенситные превращения, которые вызывают необычные физико� механические свойства (эффект памяти формы, сверхупругость, высокая демпфирующая способ� ность и др.). Этот класс материалов получил общее название – сплавы с эффектом памяти формы (ЕПФ). Рассмотрены физические основы проявления материалами таких свойств, применение спла� вов с памятью формы в мировой практике и перспективы их использования в Украине. Предложены технологии изготовления сплавов с ЕПФ та переработка их для получения полуфабрикатов. Приво� дятся примеры конкретных устройств, в которых используются сплавы с ЕПФ, разработанные в ИМФ НАН Украины. Рассматриваются перспективы создания новых функциональных материалов, в частности, высокотемпературных сплавов с эффектом памяти формы (ЕПФ проявляеться при тем� пературах >150°С), композитных материалов с использованием сплавов с эффектом памяти формы и тому подобное. Ключевые слова: функциональные материалы, мартенситные превращения, сплавы с эффектом па� мяти формы, промышленное применение. Наука та інновації.2005.Т 1.№ 2.С. 80–95. 81НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України Yu. M. Koval. SHAPE MEMORY ALLOYS – POWERFUL CLASS OF FUNCTIONAL MATERIALS. Abstract: The present paper considers one of the classes of functional materials – metallic alloys undergo� ing martensitic transformations which cause unusual physical�mechanical properties (shape memory effect, superelasticity, high damping capacity etc.). This class of materials got the general name – Shape Memory Alloys (SMA). Physical background for shape memory behavior is described. SMA industrial application and its prospects in Ukraine are discussed. The technologies for SMA production, processing, treatment and semi�finished product preparation are proposed. Working examples of the particular devices incorporated with SMA and developed in the Institute for Metal Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine are given. The prospects for the development of new functional materials, in particular, high temperature shape memory alloys (shape memory takes place at temperatures >150°С), SMA composite materials etc. Keywords: functional materials, martensitic transformations, shape memory alloys, industrial application. ВСТУП Сучасне фізичне матеріалознавство порівня� но недавно одержало нову класифікацію за об'єктами своїх інтересів і відповідних на� правлень наукових досліджень. Якщо прове� сти порівняльний аналіз розвитку науки про матеріали в часі ми одержимо картину пред� ставлену на рис. 1. Конструкційні матеріали характеризу� ються головним чином своїми механічними властивостями і, як правило, використову� ються в конструкціях, що витримують на� вантаження (табл. 1). Функціональні матеріали – це матеріали, які використовуються в різних областях на� уки і техніки для вирішення різноманітних конкретних задач шляхом використання їх функціональних характеристик, а не конст� рукційних властивостей (табл. 2). Мультифункціональні матеріали харак� теризуються декількома функціональними властивостями, які використовують в прак� тичних цілях (табл. 3). Smart чи intelligent матеріали здатні ре� агувати на внутрішній чи зовнішній вплив (зміну навкілля) і приводити у дію свої фун� кції у відповідність до цих змін. Рис. 1. Розвиток матеріалознавства Табл. 1. Конструкційні матеріали 82 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 З моменту своєї появи матеріалознавст� во потерпіло значну еволюцію – від викорис� тання "інертних" конструкційних матеріалів до матеріалів, які виконують конкретні фун� кції, до активних чи адаптивних матеріалів і, в кінці, до smart – матеріалів з великими мо� жливостями розпізнавання і реагування. В даній роботі буде розглянуто тільки один клас функціональних матеріалів – ме� талічні сплави, які зазнають мартенситних перетворень, а також незвичайні фізико�ме� ханічні властивості обумовлені цими пере� твореннями. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ПРОЯВЛЕННЯ СПЛАВАМИ НЕЗВИЧАЙНИХ ФІЗИКО* МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ У 60�х роках ХХ століття в практичних роз� робках матеріалознавців і конструкторів по� чали використовуватися нові функціональні матеріали з незвичайними фізико�механіч� ними властивостями (ефектом пам'яті фор� ми, надпружністю, високою демпфуючою здатністю та ін.) під загальною назвою – сплави з ефектом пам'яті форми (ЕПФ). Фізична основа прояву матеріалами та� ких властивостей пов'язана з відкриттям ви� датними українськими вченими в 50�х роках минулого сторіччя (академіком Г. В. Курдю� мовим і професором Л. Г. Хандросом) нового ефекту – ефекту Курдюмова, зв'язаного з явищем термоупружньої рівноваги фаз при перетвореннях мартенситного типу [1]. Явище термоупружньої рівноваги фаз – ефект Курдюмова – це явище поступового росту (зникнення) кристалів мартенситу при зміні температури і/або напруженого стану. Термопружня рівновага фаз пояснюється на� явністю рівноваги між рушійною силою пе� ретворення хімічного походження і протиді� ючою пружною енергією, яка пропорційна розміру кристалу мартенситу. Збільшення різниці вільних енергій мартенситної і мат� ричної фаз ∆F при зниженні температури приводить до росту кристалів мартенситу, який зупиняється, коли пружна енергія ∆E зрівняється з ∆F. При нагріванні внаслідок зменшення ∆F рівновага досягається при менших розмірах кристалів мартенситу. Ана� логічний вплив на переміщення міжфазних границь чинять зовнішні напруження (при збільшенні напружень кристали мартенситу ростуть, а при зменшенні – стають меншими і зникають). Необхідною умовою термо� пружньої рівноваги фаз є збереження коге� рентності граток мартенситу і матриці на гра� ниці розділу фаз, яке виконується при малій рушійній силі перетворення, малій зсувній компоненті деформації форми, незначних об'ємних ефектах перетворення і високих міцністних характеристиках матриці і мар� тенситу. Явище термопружньої рівноваги фаз має місце в сплавах, в яких мартенситне перетворення задовольняє перелічиним ви� ще умовам (наприклад, у Au�Cd, Cu�Al�Ni, Cu�Al�Mn, Ni�Ti, Cu�Zn�Al і т. ін.). Термін ефект пам'яті форми (от англ. shape memory effect) і перше промислове впровадження (кріофітинги для з'єднання трубопроводів військових літаків) належать фахівцям США. Ефект пам'яті форми [2] – властивість металів і сплавів відновлювати вихідну фор� Табл. 2. Функціональні матеріали Табл. 3. Мультифункціональні матеріали 83НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України му при нагріванні після значного непружно� го деформування (в мартенситному стані чи в інтервалі температур мартенситного пере� творення). В залежності від механізму де� формації мартенситу чи високотемператур� ної фази ступінь відновлення форми може бути повною чи частковою. Повне відновлен� ня форми спостерігається коли непружня де� формація проходить шляхом утворення пе� реважно орієнтованих кристалів мартенситу і/або переорієнтації вже присутніх кристалів мартенситу шляхом деформаційного двійни� кування кристалів. При нагріванні в процесі оберненого мартенситного перетворення за рахунок зворотного переміщення міжфаз� них, міжмартенситних і внутрішньомартен� ситних границь високотемпературна фаза відновлює вихідну орієнтацію, що, в свою чергу, приводить до знищення непружної де� формації. Величина заданої непружної де� формації досягає насичення при деякій її критичній величині (εкр.). Для різних сплавів εкр. визначається кристалогеометричними ха� рактеристиками і здатністю змінювати фор� му при деформації тільки по мартенситному механізму, а не шляхом звичайних механіз� мів пластичної деформації. Для сплавів з тер� мопружнім мартенситним перетворенням, яке характеризується високою рухливістю границь, обернена деформація може досягати 5–10 %. Спільна дія пластичної деформації і деформації по мартенситному механізму приводить до ефекту оберненої пам'яті фор� ми – властивості металів і сплавів довільно змінювати форму в інтервалі прямого і обер� неного мартенситного перетворення, а також до появи ефекту реверсивної пам'яті форми – двократному довільному зміненню форми при охолодженні або нагріванні. Властивість під назвою надпружність [3] (псевдопружність, аномальна пружність) – властивість сплавів під дією прикладеної на� пруги зазнавати значну (до 25 %) деформа� цію і без видимих залишкових явищ поверта� тись в вихідне становище після зняття на� пруги. Надпружність може бути обумовлена різними причинами: виникненням під дією прикладених напружень переважно орієнто� ваних кристалів мартенситу в області темпе� ратур, де при відсутності напружень мартен� ситна фаза не з'являється, та їх зникненням при знятті напружень, в результаті чого від� бувається зворотне мартенситне перетворен� ня; протіканням в полі зовнішніх напружень міжмартенситних переходів, що виявляється в послідовному виникненні ряду щільноупа� кованих фаз, які відрізняються кристалічною структурою (при зменшенні напружень мартенситні фази зникають в зворотній по� слідовності); рухом під дією напружень двій� никових границь в мартенситі, тобто ростом одних двійників за рахунок інших та їх зво� ротним переміщенням при знятті напружень (кристалічна структура мартенситу не змі� нює своєї симетрії). В залежності від хімічного складу сплаву, температури дослідження, кристалографіч� ної орієнтації вихідної фази можуть діяти один чи декілька механізмів надпружності. Рис. 2. Залежність σ–ε для монокристалу сплаву, в якому надпружність обумовлена мартенситними і міжмартенситними переходами 84 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Криві залежності σ – ε для монокристалів, в яких надпружність обумовлена мартенсит� ними і міжмартенситними переходами, ха� рактеризуються декількома площадками, які відповідають σ і 0 = const, при цьому на пер� ший площадці з високотемпературної фази (А) утворюється мартенсит (М1), на другій площадці із цієї мартенситної фази (М1) ут� ворюється друга (М2) (рис. 2). Ефект над� пружності тісно пов'язаний з ефектом пам'яті форми, оскільки в їх основі лежить протікання прямого і зворотнього мартен� ситного перетворення. В деяких випадках за� лишкова деформація при дослідженнях на надпружність знімається додатковим нагрі� ванням. Треба мати на увазі, що в таких незвичай� них фізико�механічних властивостях як ефект пам'яті форми, надпружність, ано� мально висока демпфуюча здатність мартен� ситне перетворення виступає в якості нового механізму пластичного деформування, що по суті і проявляється у вигляді нових функці� ональних властивостей матеріалів з термо� пружнім мартенситним перетворенням. Слід підкреслити, що мартенситне перетворення може протікати при різних зовнішніх впли� вах: зміні температури, силового наванта� ження, і, як виявлено в останній час, при при� кладенні магнітного поля (так зване магніто� пружне мартенситне перетворення). ЗАСТОСУВАННЯ СПЛАВІВ З ПАМ'ЯТТЮ ФОРМИ В СВІТОВІЙ ПРАКТИЦІ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЇХ ВИКОРИСТАННЯ В УКРАЇНІ За минулі десятиліття нові матеріали знайш� ли широке застосування в різних областях науки і техніки; аерокосмічної, машинобудів� ної, гірської промисловості; електротехніці і світлотехніці; побутовому і науковому при� ладобудуванні; розробці нових типів озбро� єння та ін. [4]. Хоча фундаментальні роботи українсь� ких учених по фізиці фазових перетворень у твердих тілах, до яких відносяться і безди� фузійні (мартенситні) перетворення, високо оцінюються світовою науковою громадські� стю, а конкретні розробки знаходять свого споживача, серйозне практичне використан� ня нових перспективних матеріалів безпосе� редньо в Україні стримується відсутністю їхнього промислового виробництва і переді� лу в напівфабрикати, а також недостатньою затребуваністю принципово нових технічних рішень конкретними виробниками товарів різного призначення в Україні в силу недо� статнього інформування і знову ж через від� сутність на ринку нових матеріалів з ефектом пам'яті форми. У промислово розвинутих країнах (США, Японія, Бельгія, ФРН, Франція та ін.) у рік виробляється до 5 тонн напівфабри� катів і виробів з металевих матеріалів з ефек� том пам'яті форми (в основному, зі сплавів типу Ni�Ti), що є цілком досяжним і для Ук� раїни, але поставлену задачу необхідно вирі� шувати з урахуванням наявності (чи розроб� ки) нових технологічних процесів одержання і, особливо, переділу сплавів з ефектом пам'яті форми. В останні роки вченими розроблений принципово новий клас матеріалів, що поєд� нує в собі функції датчика впливу і виконав� чого механізму (реакція на вплив), так зва� них "smart�and�intelligence materials". Однак, необхідно врахувати, що без виробництва функціональних металів старого типу (спла� ви з ефектом пам'яті форми), неможливо вирішувати проблеми виробництва і викори� стання в техніці і медицині нових функціо� нальних систем. Нижче буде приведений перелік тих за� дач, рішення яких у досить короткий про� міжок часу може принести істотний еконо� мічний ефект від їхньої реалізації. Як при� клад можна відзначити наступне. У сучасних 85НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України військових і цивільних літаках (США, Росія) як елементи для з'єднання різних трубопро� водів використовуються муфти зі сплавів ти� пу Ni�Ti у кількості декількох тисяч штук на кожному об'єкті при ціні одного кріофітинга не менш 50 дол. США. В Україну муфти по� ставляє Росія. При технічному використанні муфт виникають проблеми, пов'язані з него� могенністю матеріалу (через технологію ви� робництва злитків), труднощами виготов� лення муфт, низькими температурами спра� цьовування (~ –80 ÷ –100°С). Усі ці пробле� ми можуть бути успішно вирішені при вико� ристанні нових технологічних рішень, запро� понованих у ІМФ НАН України. Ще один приклад – замість універсаль� них запалюючих пристроїв (складний і доро� гий радіотехнічний виріб) для запуску газо� розрядних ламп пропонується використову� вати наші пристрої на основі невеликого зразка сплаву з ЕПФ і спеціального механіч� ного оснащення. Проблема безпечної роботи вугільних шахт може бути вирішена при використанні різних пристроїв, запропонованих ІМФ НАН України. Деякі ділові зв'язки по практичному ви� користанню сплавів з ЕПФ є (АНТК ім. О. К. Антонова, Полтавський завод газо� розрядних ламп, Васильківский завод елект� ропобутової техніки, Тернопільський завод "Ватра" та ін.), але вони носять випадковий, необов'язковий характер. Без зацікавлених і постійних зусиль всіх учасників процесу впровадження у виробництво вкрай важко. Одна з основних задач виробництва но� вих функціональних матеріалів пов'язана зі створенням нового технологічного обладнан� ня – індукційних плавильних печей, що за� безпечують надійне перемішування розпла� ву, наявність у них пристроїв для додатково� го легування по ходу плавки, а також присто� сування для добору проб металу по ходу плавки з метою корекції складу одержаного сплаву. Справа в тім, що сплави з ЕПФ відно� сяться до прецизійних матеріалів, у яких змі� на складу всього лише на 0,1 % ваги (деяких компонентів сплаву) драматичним чином змінює їхні робочі характеристики. Така про� блема має місце у всіх країнах. Через відсут� ність надійного технічного рішення до 50 % напівфабрикатів ідуть у брак, що природно позначається на ціні готового продукту. Розробка нових технологій виробництва сплавів з ЕПФ і особливо технологічних прийомів одержання з них напівфабрикатів, наприклад, дроту безпосередньо з розплаву або з'єднувальних муфт ливарними метода� ми зроблять продукцію затребуваною не тільки в Україні, але й у всьому світі. Сплави на основі Ni�Ti є найбільш роз� повсюдженими комерційними сплавами за� вдяки своїм унікальним характеристикам, а саме ефекту пам'яті форми, суперпластич� ності, високим тріщиностійкості, корозійній стійкості та біосумісності. Фітінги, медичний інструментарій, імплантанти, вироби для по� бутової техніки, телефонні антени, термочут� ливі датчики – ось далеко не повний перелік застосувань таких сплавів. Розробка і дослі� дження цих сплавів не один рік становили один із приорітетних напрямків наукового пошуку вчених НАН України, зокрема Інсти� туту металофізики. Накопичено багатий до� свід експериментальних досліджень, лабора� торного приготування сплавів, термічної об� робки, формовки, тренінга, застосування ви� робів із нітінолу в окремих галузях народно� го господарства. Багато в чому цей досвід є унікальним і досі не використовувався в сві� товій практиці. Використання нітінолу в мас� штабах більших, ніж лабораторне вироб� ництво, є справжнім викликом з огляду на надзвичайну чутливість властивостей сплаву до хімічного складу, термомеханічної оброб� ки та інших технологічних етапів, необхідних для виробництва кінцевого продукту. Власне, основні етапи дослідно�промислового вироб� 86 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 ництва є стандартними. Для виробництва ос� новних форм, таких як дріт, пруток, трубка, стрічка, прокат, нітінол має бути виплавлав� лено, оброблено нагарячо, нагартовано і тер� мооброблено для отримання бажаних влас� тивостей. Подальші етапи, що включають розрізання, поліровку, формовку, лазерну об� робку, сварку, обробку поверхні, виготовлен� ня тонких стрічок, порошків, фольг, покрит� тів суттєво залежать від вимог до кінцевого продукту і будуть розглянуті лише побіжно, хоча і в цих аспектах працівники Інституту мають значних досвід. ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СПЛАВІВ З ЕПФ ТА ПЕРЕРОБКА ЇХ ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ НАПІВФАБРИКАТІВ, ЩО РОЗРОБЛЕНО ТА ЗАСТОСОВУЄТЬСЯ В ІМФ НАН УКРАЇНИ Науково�технічний заділ розробки Сплави з пам'яттю форми демонструють ряд унікальних властивостей завдяки протікан� ню в них зворотних мартенситних перетво� рень. Найважливішою умовою проявлення ефектів пам'яті форми, надпружністі, над� пластичністі в металічних системах є відома вимога щодо термопружної рівноваги між співіснуючими вихідною і мартенситною фа� зами (ефект Курдюмова) та формування са� моакомодованих груп мартенситних крис� талів з високою мобільністю границь розділу. Накопичено базу даних по діаграмам стабільних та метастабільних фазових ста* нів в багатокомпонентних системах сплавів (більше трьох складових) типу АВ, АВС, А2(ВС), які є відповідальними за певний рі* вень функціональних властивостей; Накопичена база даних по впливу тре� тього�четвертого�пятого компоненту на: – ливарні властивості металічного розпла� ву та мікроструктуру і фазовий склад сплавів в вихідному стані після крис� талізації; – фізико�механічні властивості вихідної фази після кристалізації та її здатності до термомеханічної обробки /переділу/; – параметри мартенситних перетворень (температурні інтервали і гістерезис) та обумовлені ними функціональні власти� вості. Наприклад, встановлено, що малі доміш� ки третього і четвертого компонентів вплива� ють на параметри мартенситного перетво� рення адитивно. Таким шляхом можливо підігнати функціональні властивості сплавів до специфічних потреб потенційного спожи� вача. Наприклад, при розробці сплавів з ефектом пам'яті форми на основі TiNi були взяті до уваги наступні міркування: – для того, щоб одержати матеріал з над� пластичними властивостями при кімнат� ній температурі треба додати невелику кількість Со щоб розділити B2⇔R і R⇔B19' [5] перетворення, розділення обумовлено різним впливом Со на ці пе� ретворення; – щоб одержати матеріал з температурним інтервалом перетворення поблизу 200°С, треба додати більш ніж 10 % Hf [6], який підвищує температуру початку мартен� ситного перетворення; однак, потрібна спеціальна технологія механічної оброб� ки, оскільки в масивному стані ці сплави стають дуже крихкими; – для одержання матеріалів з деякою фіксованою температурою перетворення в широкому інтервалі варіацій хімічного складу, найбільш прийнятними легуючи� ми кандидатами є Cu і Si; причому Сu має більшу перевагу оскільки сплав більш пластичний і працездатний. 87НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України Вибір об'єктів Цей етап передбачає вибір конкретного складу сплаву із огляду необхідних власти� востей литва, подальшої термомеханічної об� робки заготовки на використання кінцевого продукту. Наприклад, для використання над� пружних властивостей більше підходить нітінол легований міддю, а для виготовлення кріофітінгів легований ніобієм. Виплавка Комерційні нітіноли на поточний момент ви� плавляють із використанням вакуумної індукційної плавки або із використанням інертної атмосфери (ВIА). В ІМФ НАН Ук� раїни розроблено унікальний технологічний прийом виплавки сплавів системи Ni�Ti в повітрі під спеціальним флюсом в ін� дукційних печах. Вага злитків до 1 кг. Істот� ною перевагою цього методу є висока од� норідність сплаву. Гаряча обробка Нітінол одразу після виплавки не демонст� рує необхідних властивостей, ефекту пам'яті форми в бажаній мірі, надпружності і до того ж мало пластичний і доволі крихкий, тому в технологічну цепочку необхідно включати горячу обробку. Залежно від бажаної форми заготовки передбачається використання го� рячої ковки, горячого прокату у струменевих та пласких вальцях при типових температу� рах прокату 600–800°C. Нагартовка і термообробка Щоб досягти відповідного балансу між меха� нічними та фізичними властивостями спла� вів із нітінолу, необхідних для більшості при� кладних задач, заготовка після гарячої оброб� ки потребує нагартування при низьких тем� пературах. Етап нагартування і формоутво� рення обов'язково супроводжується відпо� відною термообробкою при температурі 450–550°C. Кінцевий продукт отримує потрібні властивості ретельним підбором ступеню нагартування, часу, температури та кількості термообробок. Покриття В Інституті металлофізики НАН України при розв'язанні експериментальних задач от� римані схеми гальванізації та покриття нітінолу нікелем, міддю та сріблом. Для знач� ної кількості задач це цілком прийнятний ре� зультат. Тонкі плівки і стрічки Використання тонких плівок і стрічок із нітінолу знайшло широке застосування у ро� ботехниці і актюаторах. В Інституті накопи� чено значний досвід по отриманню експери� ментальних зразків плівок і стричок на ос� нові нітінолу. Напівфабрикати зі сплавів з памяттю форми в вигляді відливок різної форми, дротів, стрічок, тонких фольг та виробів з них у вигляді пружин, кріофітингів, діаф* рагм, таблеток. Традиційні технології виробництва (ін� дукційна плавка, дугова плавка) і переробки (багатократні цикли деформації та відпалу) сплавів з ЕПФ на основі TiNi та CuAl є добре налагодженими. На лабораторному рівні (злитки вагою 50–200 г), відпрацьовано тех� нологічні схеми від вибору хімічного складу, способу плавки та кристалізації, способу де� формації (прокатка, волочіння, гідроекст� рузія) для одержання напівфабрикатів (пла� стини, дріт, фольга) до кінцевого виробу зі сплавів з памяттю форми в якості термочут� ливих датчиків чи актюаторів в заданному температурному інтервалі. 88 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Запропоновано і втілено в практику декілька способів обробки злитків чи кінце� вого виробу з метою підвищення службових характеристик сплавів. Наприклад, виділен� ня частинок другої фази, які підвищують твердість сплаву і можуть бути використані для збільшення механічної міцності ма� теріалу, але одночасно підвищують його пла� стичність в двохфазному (вихідна фаза + мартенсит) стані. При переході на більш масивні злитки (до 5 кг), встановлено характерні зміщення хімічного складу злитків внаслідок особли� востей технологічних режимів плавки (в ва� куумі, під флюсом) і розроблено способи ко� рекції хімічного складу кінцевих злитків (зміщення відносного складу компонентів сплаву, використання лігатур, введення еле� ментів в процесі плавки). Розроблено розвинуті науковообгрунто вані схеми одержання сплавів з ЕПФ за тра* диційними та "нетрадиційними техноло* гіями" в формі, близькій до інженерних по* треб замовника ("гартування з рідкого ста* ну", іонноплазмове напилення, порошкова металургія). Розвиток нетрадиційних технологій ви� робництва сплавів з ЕПФ та їх термообробки є бажаними напрямками робіт для того, щоб мати можливість виробляти їх в формі, близькій до потреб замовника (наприклад, невеликі і/або складної форми частини для специфічного застосування) і мати високий рівень функціональних властивостей. У всьому світі розвитку нестандартних техно� логій одержання та термообробки сплавів з ЕПФ приділяється велика увага (порошкова металургія, магнетронне розпилення, йонне осадження, спінінгування розплаву, вилив між двома барабанами). Одержання матеріалів методом спінінгу� вання, методом порошкової металургії та об� робкою ультразвуком проводилось в рамках проекту INCO�Copernicus ERBIC15�CT96� 0704. В рамках проекту STCU�453 розробле� но технологію фізичного осадження для ви� робництва тонких плівок і масивних відли� вок із сплавів з ЕПФ і одержано необхідний досвід по визначенню їх структури і власти� востей. Розроблено спеціальні системи багато компонентних сплавів з функціональними властивостями "ефект пам'яті форми" та "надпружність" з хімічним складом, який максимально відповідає вимогам техно* логічних параметрів конкретної нетради� ційної технології одержання матеріалів з первісно аморфною та/або нанокристаліч* ною структурою та методи їх наступної пе* реробки з метою досягнення заданого рівня фізикомеханічних та функціональних вла стивостей. Ефективність від застосування Собівартість виробів із сплавів з ЕПФ, ви� роблених в Україні, при тій же якості в 2–5 раз нижче за світову. Вироби із сплавів з ЕПФ забезпечують підвищену надійність ек� сплуатації (наприклад, термочутливі елемен� ти для світлотехніки та побутової техніки), компактність за рахунок принципово нових технічних рішень, збільшення терміну вико� ристання. РОЗРОБКИ, ЯКІ МОЖУТЬ БУТИ ЗАПРОПОНОВАНІ Серед чисельних розробок Інституту мета� лофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України із сплавів з пам'яттю форми найбільш затре� буваними промисловістю України, з нашої точки зору, є наступні. 89НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України ФІТИНГИ (МУФТИ) для з'єднання трубопроводів авіаціоної тех� ніки (рис. 3) Мета розробки – забезпечення швидкого і надійного з'єднання трубопроводів в літаках Принцип дії: Муфту, виготовлену методом лиття із сплаву з пам'яттю форми (система Ti�Ni), при температурі –70°С (для закордон� них аналогів –196°С) деформують (розши� рюють) в радіальному напрямку і при цій температурі розміщують на кінцях труб, які з'єднуються. При нагріванні вище темпера� тури +30°С (для закордонних аналогів – 140°С) муфта стискується в радіальному на� прямку і нероз'ємно з'єднує трубопровід із зусиллям на ребрах жорсткості 400–420 МПа. Забезпечується інтенсифікація процесу ви� готовлення. Технічні характеристики муфти наведено в табл. 4. Переваги: – надійність з'єднання; – висока герметичність при значних тис� ках в трубопроводі; – тривалість експлуатації; – зниження вартості виробу; Економічний ефект на одному виробі скла� дає ∼ 20–30 дол. США порівняно з закордон� ними аналогами за рахунок застосування но� вої технології виготовлення. ПРИСТРІЙ ДЛЯ ДИСТАНЦІЙНОГО АВТОМАТИЧНОГО ІМПУЛЬСНОГО РОЗКРИТТЯ ВОГНЕГАСНИКА (РИС. 4) Мета розробки – забезпечити швидке до� ставляння вогнегасного матеріалу до місця Рис. 3. Фітінг для з'єднання трубопроводів в авіацій* ній техніці Табл.4. Технічні характеристики муфти (фітінга) Рис. 4. Пристрій для дистанційного автоматичного імпульсного розкриття вогнегасника: в режимі очіку* вання (а) і після спрацювання (б) а б 90 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 виникнення пожежі за рахунок створення високоміцного сплаву з ефектом пам'яті фор� ми на основі міді, який здатен руйнуватися за короткий проміжок часу. Принцип дії: При досягненні критичної тем� ператури (приблизно 70°С) термочутлива діафрагма сферичної форми руйнується по периметру біля місця жорсткого затиснення за рахунок перерозподілу внутрішніх напру� жень, які перевищують межу міцності у місці руйнування. Схема пристрою показана на рис. 5. Технічні характеристики пристрою наведе� но в табл. 5. Переваги: – відсутні аналоги; – суттєво зростає швидкість доставки во� гнегасного матеріалу; – дистанційне керування пристроєм. Економічна ефективність досягається за рахунок швидкого гасіння джерела вогню. ГАЗОРОЗРЯДНЕ ДЖЕРЕЛО СВІТЛА Головна ідея розробки: заміна малонадійних і дороговартісних імпульсних запалюючих пристроїв, типу ІЗУ, які використовуються зараз в газорозрядних джерелах світла, більш працездатним і компактним пристроєм. Табл. 5. Технічні характеристики пристрою для дистанційного автоматичного імпульсного розкриття вогнегасника Рис. 5. Схема пристрою для дистанційного автоматичного імпульсного розкриття вогнегасника: 1– вентиль, 2 – корпус, 3 – робочий газ, 4 – термочутлива діафрагма із сплаву з пам'яттю (CuAlNb), 6 – самозруйнівний прошарок, 7 – камера формування вогнегасної речовини 91НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України Технічні характеристики пристрою для за� палювання газорозрядних ламп наведено в табл. 6. Переваги: – запалювання джерела світла здійсню� ється 1 ÷ 2 імпульсами високої напруги на відміну від ІЗУ, який формує пакети імпульсів в кожний напівперіод напруги живлення, що зменшує навантаження на електричну мережу і усуває завади в ме� режі; – вузол, який вміщується в лампу, має у 100 ÷ 150 раз менші розміри на відміну від ІЗУ і вагу ∼ 6 ÷ 8 г.; – собівартість у 15 ÷ 20 разів нижче, ніж у аналогів, які зараз використовуються; – строк використання відповідає Держ� стандарту, пристрій працює при від’єм� них температурах. Економічний ефект на одному виробі скла� дає 100 ÷ 120 грн. ПЕРСПЕКТИВИ СТВОРЕНЯ НОВИХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ Очевидно, один з найбільш перспективних напрямків досліджень нових сплавів з ЕПФ, є як роботи по створенню високотемператур� них сплавів з ЕПФ (ВТЕПФ), які проявля� ють незвичайні фізико�механічні властивості в області високих температур, починаючи від 200°С і до 700–800°С, так і конструювання композитних систем, в яких одним із еле� ментів є сплав з ЕПФ. Хоча зараз немає при� кладів впровадження таких сплавів, можна з впевненістю стверджувати, що такі галузі як робототехніка, автомобілебудування та авіа� будування проявляють вже зараз зацікавле� ність до цих матеріалів. В ІМФ НАН України вже зараз досягнуто важливих успіхів у по� шуках нових високотемпературних сплавів з ЕПФ. Температура Т ∼ 150–200°С є деякою температурною межею сплавів з ЕПФ, яка ділить їх на низькотемпературні і високотем� пературні матеріали. Причина такого ділен� ня полягає в тому, що при таких температу� рах матеріали, які створюються на основі Cu (найбільш поширені в практиці з�за їх низь� кої ціни, легкості отримання і відтворення таких матеріалів з ЕПФ) демонструють про� цеси старіння, внаслідок чого ЕПФ швидко деградує. Тому розвиток нових сплавів, які мають мартенситне перетворення при висо� ких температурах (більш ніж 400°С) зали� шається питанням сьогоднішнього дня. Шляхи вирішення цієї проблеми можуть бути такими: – розробка нових матеріалів з використан� ням металів, які мають аллотропічне пе� ретворення при високих температурах; – легування добре відомих сплавів (Ni�Ti, Cu�Al, і т. д.) металами, які підвищують температури МП; Табл. 6. Технічні характеристики пристрою для запалювання газорозрядних ламп 92 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 – застосування динамічного старіння, як методу одержання матеріалів, які демон� струють одноразовий ЕПФ при високих температурах внаслідок відмінних від мартенситного фазових перетворень. Кобальт і сплави на його основі Характеристичні температури перетворення гранецентрованої кубічної щільноупакованої гратки кобальту в гексагональну щільноупа� ковану залежать від чистоти матеріалу і мо� жуть змінюватись в значному діапазоні. Для порівняння в чистому Со Мн = 400°С, Ан = 460°С, Ап = 535°С, гистерезис при цьому відносно малий (∼ 100°С). Але ступінь відно� влення форми (вимірювання проводилось по методу чотирьохточкового згину) для пер� шого циклу складає 10–20 %. З ростом кіль� кості циклів ступінь відновлення форми (Кэпф), де Кэпф = (δr/δf)100 % (δr – зворотня пластична деформація; δf – повна пластична деформація) зростає і, наприклад, на 7�му циклі досягає ∼ 60 %. Вимірювання мікро� твердості показують, що область згину знач� но зміцнена порівняно зі суміжними областя� ми зразка (Нµ ∼ 2100 МПа і Нµ ∼ 1700 Мпа). Чистий Co демонструє відновлення фор� ми не тільки після деформації в інтервалі температур прямого перетворення, але також після деформації при температурах 20°С або –196°С. В цих випадках процент відновлення форми також залежить від кількості циклів і досягає ∼ 90 % (після 6�ти циклів). Зростання проценту відновлення форми в залежності від числа циклів супроводжу� ється зміцнюючим ефектом. Така поведінка матеріалу припускає можливість іншого ме� тоду зміцнення матеріалу за допомогою легу� вання. В таблиці 7 наведено результати вимі� рювань мікротвердості для чистого Со і для сплавів на його основі після відпалу при 1050°С. Результати вимірювань критичних тем� ператур γ ⇔ ε перетворення показують, що легування Zr, Mo суттєво збільшує гистере� зис перетворення (більш ніж на 500°С). Тем� пература МП зменшується в той час як АП зміщується в бік більш високих температур. Процент відновлення форми стає меншим ніж в чистому Со. Вплив Al і Ge зовсім інший [7]. Al знижує критичні температури порівняно з чистим Со (МП = 280°С, АП = 380°С, АК = 380°С), гисте� резис перетворення значно менше ніж в чис� тому Со (∼ 120°С). Процент відновлення форми в 1�му циклі складає 15 %, при по� дальшому рості кількості циклів він досягє 70 %. Легування Ge максимально впливає на властивості ЕПФ. Вже в першому циклі КЕПФ складає 80 % (рис. 6). Слід також відзначити, Табл. 7. Величини мікротвердості для чистого Со і для сплавів на його основі після відпалу при 1050°С Рис. 6. Залежність прогину (δ) від температури (Т) для сплаву Со2Ge 93НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України що легування 2 масс. % Ge звужує гистерезис МП (∆Т ∼ 90°С) і в той же час критичні темпе� ратури МП зсуваються в область високих тем� ператур (Мн = 440°С, Аан = 500°С, Ак = 550°С). Механізм впливу Al і Ge на властивості перетворення в сплавах на основі Со не повністю з'ясовано. Мартенситне перетворення і ефект пам'яті форми в інтерметалічних з'єднаннях на основі Zr Добре відомо [8], що еквіатомні інтермета� лічні з'єднання типу В2 на основі Zr зазна� ють мартенситне перетворення в широкому інтервалі температур. Встановлено, що висо� котемпературні В2�фази ZrPd і ZrRh зазна� ють МП при охолодженні, яке дуже схоже на МП в NiTi. В роботах [9–11] було дослідже� но кристалічну структуру ZrCo, ZrFe, ZrNi, ZrCo(1 � x)Nix, ZrCu сплавів, їх механічні влас� тивості [10, 11], температури мартенситних перетворень і провели вимірювання магніт� ної сприйнятливості [11]. В [12] встановили, що сплави ZrRh демонструють повне віднов� лення форми. Структура ZrRh, ZrIr була виз� начена, як В19' [12, 13]. Авторами роботи [14] було встановлено, що відновлення фор� ми в сплавах ZrCu дуже близько до повного. Легування і термічне циклування приводить до зміни термічних і гистерезисних власти� востей, а також до зростання ступеня віднов� лення форми ∼ до 100% в сплавах на основі ZrCu [15]. Кристалічна структура мартенси� ту сплаву ZrCu визначена як В19'. Величини ЕПФ Zr2CuNi і Zr2CuCо з'єднань приведені на рис. 6 і рис. 7 відповід� но. Процент відновлення форми (Кепф) для сплаву Zr2CuNi близький до повного (біля 90 %) подібно ZrCu [14]. Зменшення розміру гистерезису та повнота ЕПФ для з'єднань Zr2CuCо відображена на (рис. 7). Висока оберненість МП в інтерметалідах на основі Zr була підтверджена стабілізацією петлі гистерезису при термоциклуванні і ви� сокою стабільністю ЕПФ. Рис. 7. ЕПФ в сплаві Zr2CuNi і в сплаві Zr2CuCo 94 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Композитні матеріали з використанням сплавів з ефектом пам'яті форми Поділення матеріалів на чисто конструкційні і чисто функціональні є достатньо умовним. Їх об'єднання в композитних конструкціях часто призводить до посилення, наприклад, механічних характеристик або надання їм но� вих фізичних властивостей. Інколи такі композитні матеріали відно� сять до smart – матеріалів, але в певних ви� падках, зокрема в тих, що будуть описані нижче, це, мабуть, неправомірно. В [16] описано випадок збільшення межи плинності при іспитах в області температур 100 ÷ 240°С композитного матеріалу одержа� ного із Ti і сплаву з ЕПФ (Ti50Pd25Ni24W1 at. %) таким чином: злиток сплаву з ЕПФ був прокатаний нагарячо до товщини 1 мм, потім із прокату вирізались пластинки 3 50 1 мм; сендвіч із трьох пластинок (2 – із Ті і одна пластинка із сплаву з ЕПФ між ними) загор� тали в стальну оболонку, яку вакуумували, запаювали і нагарячо прокатували від загаль� ної товщини 6 мм до 4 мм. Після такої оброб� ки одержували композит, в якому була забез� печена гарна адгезія між шарами. Одержа� ний матеріал після попередньої деформації при кімнатній температурі піддавали гаря� чим іспитам і одержали ефект збільшення 0,5 в області температур протікання МП в пластинці із сплаву з ЕПФ. Нами в ІМФ НАН України розроблено композит, який складається із металічної ма� триці і розташованій в ній попередньо проде� формованого стержня із сплаву з ЕПФ на мідній основі. Адгезія забезпечується спеці� альними заходами. Такий композит характе� ризується новими фізичними властивостя� ми, а саме при суттєво низькому коефіцієнті термічного розширення (∼ 1 ⋅ 10�6 см/град) він має високі електропровідні властивості (ρ = 4,1 ÷ 4,9 ⋅ 10�6 Om⋅cm; для порівняння ρСu= 1,68 ⋅ 10�6 Om⋅cm, тобто всього лише ∼ в 3 ризи гірше такої характеристики для чистої міді). Таким чином, створення композитних матеріалів з використанням сплавів з ЕПФ відкриває достатньо широкі можливості одержання металевих (і не тільки) матеріалів з принципово новими фізичними і ме� ханічними характеристиками. Як ми могли переконатись, існує декіль� ка можливостей для розвитку матеріалів з високотемпературним ЕПФ. Якщо необхідно одержати сплав з висо� кими механічними і пластичними властивос� тями, то можна розглядати, як найбільш пер� спективні, сплави на основі Со, які зазнають γ – ε перетворення. Якщо механічні характе� ристики не дуже важливі, то матеріали Zr�Cu�Me (Me�Co, Fe, Ni і ін.) здаються найбільш підходящими. Багато можливостей залишилось по ке� руванню температурами перетворень в тра� диційних сплавах на основі NiTi і CuAl. Наприклад, легування CuAl ніобієм доз� воляє одержати стабільну величину Ак ∼ 200 ÷ 250°С, не кажучи вже про додатко� ве легування сплавів NiTi цирконієм і гафнієм. Не слід забувати, що рішення кожної практичної проблеми пов'язаної з застосу� ванням ЕПФ потребує адекватного вибору і навіть інколи розвитку нових матеріалів. ВИСНОВОК Наведена вище інформація про функціо� нальні матеріали з МП, а також деякі кон� кретні технічні рішення, які виконані за до� помогою сплавів з ЕПФ, тільки в незначній мірі відображають різноманітний спектр цьо� го класу матеріалів. Вже зараз існують тисячі різноманітних прикладів застосування сплавів з ЕПФ в багатьох галузях техніки і медицини. × × 95НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 2, 2005 Інноваційні проекти Національної академії наук України Ще чекають свого використання нові функціональні матеріали з високотемпера� турним ефектом пам'яті форми. В даній ро� боті нічого не було сказано про те, що такі ма� теріали, наприклад, на основі кобальту, де� монструють дуже гарні демпфуючи власти� вості в області високих температур. Можли� во кому�небудь це буде потрібно? Дуже привабливим і корисним для прак� тичного використання функціональних ма� теріалів з мартенситним перетворенням є те, що МП в них може протікати при трьох впливах: зміни температури, зовнішньому навантаженні і прикладанні магнітного поля. ЛІТЕРАТУРА 1. Курдюмов Г. В., Хандрос Л. Г. Открытие 239. Явление термоупругого равновесия фаз при фазо� вых превращениях мартенситного типа (эффект Курдюмова). 2. Коваль Ю. Н. Эффект памяти формы // Физика твердого тела. Энциклопедичкский словарь. – К.: "Наукова думка", 1998, с. 11–12. 3. Коваль Ю. Н. Сверхупругость // Физика твердо� го тела. Энциклопедичкский словарь. – К.: "На� укова думка", 1998, с. 249–250. 4. Материалы с эффектом памяти формы. Справоч� ное издание в 4�х томах под ред. Лихачева В. А.– С.–П.: Изд. НИИХ СПб ГУ, 1997, 479 с. 5. Kolomytsev V. I. The effect of alloing by 3d, 4d, 5d transition metal elements on martensite transforma� tion temperatures in compound TiNi // Scr. Met.– 1994.–v. 31.–N 10.–pp. 1415–1420. 6. Firstov F. S., Van Humbeeck J., Koval Yu. N. High�temperature shape memory alloys. Some recent developments // Mat. Sci. & Eng.–2004.–A 378, pp. 2–10. 7. Ермаков В. М., Коваль Ю. Н., Лещинская О. И. Сплав с эффектом памяти формы на основе Со // Авт. свид. № 1048821. 8. Koval Yu. N., Firstov G. S., Van Humbeeck J., Delaey L., Jang W. Y. B2 intermetallic compaunds of Zr. New Clas of Shape Memory Alloys // J.de Physique III.–1995.–v. 5.–pp. C8–1103–C8–1108. 9. Harris I. R., Hossian D., Barraclough K. J. The constitution of the binary equiatomic alloys of Zn with Fe, Co and Ni // Scr. Met.–1970.–v. 4.–pp. 305–310. 10. Hossian D., Harris I. R., Barraclough K. J. A study of ZnCo and related ternary phases represented by the general formula Zn50Co50�XNiX // J. Less Common Met.–1974.–v. 37.–pр. 35–41. 11. Carvalho E. M., Harris I. R. Martensitic transfor� mations in ZrNi, ZrCo(1�x)Nix, ZrCu alloys // J. Less Common Met.–1985.–v. 106.–рp. 1224–1229. 12. Semenova E. I., Kudryavtsev Yu. V. Magnetic sus� ceptibility studies of phase transitions in the system Zr50Co50�XNiX // J. Alloys and Compaunds.–1994.– v. 203.–рp. 165–168. 13. Немошкаленко В. В., ЖалкоТитаренко А. В., Коваль Ю. Н., Кудрявцев Ю. В. Электронная структура и мартенситные превращения в сплаве ZrRh // Металлофизика.–1993.–т. 15.–№ 1.– сс. 12–18. 14. Koval Yu. N., Firstov G. S., Kotko A. V. Martensi� tic trannsformation and shape memory effect in ZrCu intermetallic compaund // Scr. Met.–1992.–v. 27.– N 12.–pр. 1611–1616. 15. Koval Yu. N., Firstov G. S., Delaey L.,Van Humbeeck J. The influence of Ni and Ti on the martensitic transformation and shape memory effect of the intermetallic compound ZrCu // Scr. Met.–1994.–v. 31.–N 7.–рp. 799–802. 16. Mizuuhi K., Inoue K., Hamada K., Yamauchi K., Enami K., Sugioka M., Itami M., Okanda Y. Thermomechanical behavior of Ti�25Pd�24Ni�1W shape memory alloy reinforced Ti matrix smart com� posites // Mat. Sci. & Eng.–2002.–A 329–331.– pp. 557–562.

Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів

Institution

Ähnliche Einträge