4 Влияние легирующих элементов в сплаве тн-10

Сплавы на основе никелида титана являются классом материалов, которые характеризуются высокими физико-механическими свойствами. Легирование никелида титана различными элементами периодической системы дает возможность направленного регулирования свойств памяти формы в этих сплавах и их успешного применения. Так, легирование никелида титана железом приводит к снижению температур мартенситного перехода, что фиксируется вплоть до 5 ат. % железа, когда эти температуры «уходят» ниже точки кипения жидкого азота. Переход идет по типу B2→R→B19^/. Характер превращений по сравнению с двойной системой TiNi, по существу, не меняется.

Аналогичное влияние на мартенситное превращение оказывает замена никеля кобальтом. При легировании железом до 2% прочность резко увеличивается, а при легировании кобальтом снижается.

Легирование TiNi молибденом до 2% вызывает заметное изменение характера и последовательности мартенситных превращений. Изменяя концентрацию молибдена до 2 ат.%, можно снижать характеристические температуры прямых и обратных мартенситных превращений, либо при определенном соотношении компонентов снижать температуры прямых превращений M_н, M_к и, наоборот, повышать температуры обратных превращений аустенита A_к, A_н. Такое «разнесение» температурных интервалов прямых и обратных превращений имеет большое практическое значение, так как позволяет создавать материалы с заданными интервалами формоизменения и управляемыми физико-механическими свойствами. Более того, легирование молибденом значительно улучшает технологические характеристики сплавов на основе TiNi - качество проката, волочения и экструзии. Эффективное влияние легирования молибденом в соединении TiNi на физико-механические свойства и параметры формоизменения при эффектах памяти формы и сверхэластичности связано с особенностями равновероятного размещения атомов молибдена на подрешетке титана и подрешетке никеля в В2 структуре соединения TiNi. В реальной ситуации на практике чаще всего используются в медицинских целях сплавы на основе TiNiMoFe, т.е. более сложные и адаптированные к тканевым системам.

Гомогенность тройного сплава по разрезу TiNi-TiCu сохраняется при замене до 12 ат.% никеля медью. При дальнейшем увеличении концентрации меди происходит распад твердого раствора с выделением фазы, структура которой не идентифициро­вана. Замена никеля медью существенно меняет характер и последовательность мартенситных пере­ходов. По мере увеличения концентрации меди последовательность переходов B2→B19^/ (характерная для двойных сплавов) меняется на B2→B19→B19^/.

Замена никеля медью в системе Ti (Ni, Сu) позволяет регулировать температурный интервал и гистерезис проявления эффекта памяти формы. Большим недостатком системы TiNi (Cu) является низкая технологичность и большая хрупкость сплавов после превышения мартенситной деформации.

В системе TiNiZr, где легирование осуществляется цирконием вместо никеля, мартенситные переходы и ЭПФ наблюдаются вплоть до содержания циркония 15 ат. %. При дальнейшем увеличении концентрации циркония сплавы перестают испытывать мартенситные переходы и ЭПФ отсутствует [9].

В сплаве ТН-10 малые добавки алюминия могут внести контролируемые изменения в свойства сплава. Алюминий расширяет температурный интервал превращений в никелиде титана. В сплавах системы ТiNiА1 при большей, чем 4-5 ат. % концентрации алюминия мартенситные превращения не завершаются полностью, вплоть до температуры жидкого азота ‒196 °С, наблюдается один переход В2↔R. Существует корреляция между содержанием алюминия в сплаве и пределом прочности на сжатие. Так с увеличением количества алюминия прочность увеличивается. Причиной увеличения прочности на сжатие является содержание в матрице вторичных фаз NiTi₂ (Аl) и дисперсных частиц в матрице NiTi₂ (Аl) [3].

Ионно-пучковая обработка кремнием образцов NiTi приводит к повышению коррозионной стойкости этих материалов в водных растворах NaCl (имитатор физиологического раствора) и плазмы крови человека почти в 2 раза по ряду параметров, наиболее важным среди которых является накопленная за время контакта в растворе концентрация никеля [10].

Легирование сплава ТН-10 небольшим количеством хрома приводит к нарушению структуры фазы B2, что в свою очередь резко смещает интервал мартенситных переходов в область более низких температур. Установлено, что легирование сплава ТН-10 хромом «сверх» основного состава и вместо титана приводит к значительному снижению температур фазовых переходов и существенному ухудшению параметров ЭПФ, что делает его непригодным для практического применения.

Замена в никелиде титана никеля такими благородными металлами, как золото, палладий и платина повышает температуру мартенситного превращения до 1300 К и позволяет при таких температурах реализовывать ЭПФ. При малых концентрациях мартенситный переход идет по схеме B2→B19^/, при повышении концентрации вплоть до 6-8 ат. % реализуется схема B2→B19→B19^/ (температуры мартенситного превращения при этом резко снижаются) и далее B2→R→B19^/. Сплавы эти являются пока редким примером проявления высокотемпературных мартенситных превращений.

Легирование сплава ТН-10 небольшим количеством хрома приводит к нарушению структуры фазы B2, что в свою очередь резко смещает интервал мартенситных переходов в область более низких температур. Некоторые характеристические температуры вовсе невозможно зафиксировать в лабораторных условиях. Легирование сплава ТН-10 хромом «сверх» основного состава и вместо титана приводит к значительному снижению температур фазовых переходов и существенному ухудшению параметров ЭПФ сплава, что делает его непригодным для практического применения.

Таким образом, температуры мартенситных превращений зависят от состава сплава. Легирование никелида титана железом, марганцем, хромом, ванадием, кобальтом приводит к снижению М_н и М_к вплоть до –196 ℃, а введение циркония, тантала и ниобия – к их повышению (до +100 °С). Медь и кремний в довольно широком интервале составов слабо влияют на температуры превращений [7].