镍钛合金丝NITINOL
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形状记忆合金概述
形状记忆合金(SMA)是一种由两种以上金属元素通过热弹性、马氏体相变和逆变形成形状记忆效应的材料。目前，钛基、铜基和铁基形状记忆合金已得到应用。
镍钛合金是研究较全面、形状记忆较好的合金。它们具有强度高、可塑性强、耐腐蚀、稳定性好、生物相容性好等特点。
镍钛合金结合了形状记忆和超弹性这两个紧密相关的独特特性。形状记忆使镍钛合金能够在一种温度下变形，然后在加热到转变温度时恢复到原来的形状。这是由于材料由低温单斜马氏体结构转变为高温立方奥氏体结构所致。
形状记忆合金的应用
形状记忆合金以其优异的性能广泛应用于航空航天机械、机电、生物医药、桥梁建筑、汽车工业和日常生活中。
1. 对于生物医学，镍钛弓丝用于患者牙齿的早期排列。镍钛合金推簧和拉力簧是用于矫正牙齿、脊柱侧弯矫形装置的弹簧。此外，镍钛合金还用于外科，用于制作各种骨连接器、血管夹、凝血过滤器、血管扩张元件、各种腔内支架、栓塞装置、心脏贴片、血栓过滤器、介入导丝、手术缝合线等。
2. 在航空航天工业中，形状记忆合金已应用于航空和航天领域，如军用飞机液压系统的低温配套连接器，目前正在欧美开发用于直升机的智能水平旋翼。它还被用于月球探测器的天线，在卫星上，形状记忆释放装置被用来打开一个容器，用来保护敏感的锗探测器在组装和发射期间不受污染。
3. 在机电一体化，形状记忆合金主要用于低温配合连接器、导线编织层安全连接器、开合百叶窗防止雾灯飞溅碎片的弹簧、机械制造中取代手动或液压夹具的驱动缸等。
4. 日常生活中，形状记忆合金主要用于防烫伤阀、眼镜框、手机天线、消防止回阀等。
生物医学用镍钛合金
镍钛合金镍钛合金是一种接近等原子的二元镍钛合金，因其独特的超弹性而广泛应用于医学领域。然而，三元或其他镍钛合金可以实现不同的性能。所有采购的镍钛合金原料均经过第三方检验，以确保其符合化学、转化温度、材料均匀性和微观结构等专有规范。为了提高表面光洁度和均匀度，所有的线材和管材产品都采用高精度的单晶或多晶金刚石拉丝模技术。经过正确的超弹性热处理后，医用镍钛材料在人体温度下可以承受高达8%的应变而不会永久弯曲。
镍钛合金的特殊性能
1. 形状记忆
2. 超弹性
3. 对口腔温度变化敏感
4. 优秀的耐蚀性能
5. 抗毒性
6. 温柔的矫正力
7. 良好的减震特性
化学成份
表1按ASTM F2063-12 or GB 24627-2009(wt%)
Fe | Ni | Cr | Cu | Nb |
≤0.05 | 54.5-57.0 | ≤0.01 | ≤0.01 | ≤0.025 |
C | Ti | Co | N+O | H |
≤0.05 | Balanced | ≤0.05 | ≤0.050 | ≤0.005 |
物理性能
表 2
熔点 | 1310℃ |
密度 | 6.5 g/cm3 |
特定电阻 | 82 μΩcm |
热膨胀系数(CTE) | 11×10-6 °K |
弹性模量 | 41-75 GPa |
镍钛合金丝
形状记忆镍钛合金丝可以用来开发植入物，这种植入物可以以紧凑的形状植入人体，一旦植入，就可以激活其功能形式。如果您需要丝在一个特定的形状为一个特定的应用程序，我们提供形状设置。这设置了一个丝的形状，具体符合您的设备设计要求。我们不仅生产各种形式的镍钛合金，而且从始至终都控制着镍钛合金的整个生产过程，在医用器材领域我们提供世界上领先的镍钛合金熔体到成品的原料。
超弹性发生在刚好高于转变温度的温度下，允许材料从高达8%的应变中恢复，永久应变的设置为0.5%或更低。
镍钛合金丝有两种基本形式：镍钛合金丝和平丝，镍钛合金无心研磨棒。
所有镍钛合金等级均可在可进行热处理的冷加工条件下，或可作为拉直的超弹性丝供货。
镍钛合金丝应用
镍钛合金线用于许多不同的医疗和工业应用。医学应用包括血管治疗、心律管理、神经刺激、正畸、矫形、内镜、种植牙等。典型的医学应用包括导丝、编织支架、牙根锉、牙弓丝、节育器、缝合线等。
下面给出了每种镍钛合金医用等级的一些典型应用
Nitinol A: 导丝、支架、针、成型芯、取石篮、正畸锉等。
Nitinol B*: 常用于需要较高的常温下的高原加载和卸载应力的场合。铬的加入降低了转变温度，提高了抗拉强度。
Nitinol C**: 要求增加刚度的应用。钴掺杂降低了转变温度，提高了抗拉强度。
Nitinol D: 在体温(37℃)下提供极佳的循环性能。
Nitinol E: 这种合金的一个常见应用是高温执行机构。
Nitinol F: 这种合金的一个常见应用是高温执行机构。
Nitinol G: 通常用于需要在体温(37℃)下进行相变的应用程序中。
Nitinol H: 适用于温度极低的环境。
* 典型化学成分:ASTM F2063，Cr 0.2% - 0.3%。
** 典型化学成分:ASTM F2063，Co 1% - 2%。
超弹性合金的力学性能
表3: 冷作超弹性合金
丝材代码 | 锭As(℃) | 上平台应力 (psi) | 延伸率(%) | 上平台应力 (psi) | 延伸主 (%) | 加载平台(psi) | 卸载平台(psi) | 实际动作温度 Af(℃) |
Niti A | -35 to -10 | 200,000 min | >4% | 180,000 min | > 10% | > 70,000 | > 20,000 | +10 to +18 |
Niti B | -65 to 0 | 250,000 min | >4% | 210,000 min | > 10% | > 80,000 | > 35,000 | 0 + 18 |
Niti C | -80* | 200,000 min | >5% | 190,000 min | > 10% | > 100,000 | > 60,000 | -15* |
Niti D | -10 to +10 | 220,000 min | >4% | 180,000 min | > 10% | > 65,000 | > 7,000 | +14 to +22 |
Niti H | ≤ -35 | 220,000 min | >4% | 160,000 min | > 10% | > 75,000 | > 25,000 | ≤0 |
注 | 1. 应变至8%以后的永久性设置< 0.5%。 2. 结果是圆丝直径从0.05mm到4.0mm的典型值。 3. 所有机械性能试验均在22±2℃进行。 4. 动作温度Af是材料完全转变为奥氏体的温度。 5. * 典型目标值 | |||||||
形状记忆合金的机械性能
表4: 冷作形状记忆合金
丝材代码 | 锭As(℃) | 上平台应力(psi) | 延伸率(%) | 上平台应力(psi) | 延伸率(%) | 加载平台(psi) | 实际工作温度Af(°C) |
Niti E | ≥ +85 | 220,000 min | >3% | 160,000 min | > 10% | N/A | ≥ +85 |
Niti F | +35 to +85 | 220,000 min | >3% | 160,000 min | > 10% | N/A | +40 to +80 |
Niti G | +10 to +35 | 220,000 min | >3% | 160,000 min | > 10% | N/A | +22 to +40 |
注 | 1. 结果是圆丝直径从0.05mm到4.0mm的典型值。 2. 所有机械性能试验均在22±2℃进行。 3. 动作温度Af是材料完全转变为奥氏体的温度。 | ||||||
镍钛合金丝材形式及尺寸
圆丝: 0.05 to 4.0mm
扁丝纵横比: W/T < 10
轧带纵横比: W/T >10:1
最小厚度: 0.008mm
最大宽度: 11.5mm
组合式辊压模: 方形或矩形
定制形状: 各种异形截面线
镍钛合金圆丝直径及公差
表5
直径mm | 4.00-2.00 | 2.00-1.00 | 1.00-0.35 | 0.35-0.26 | 0.26-0.15 | 0.15-0.05 |
公差mm | ±0.020 | ±0.015 | ±0.010 | ±0.007 | ±0.005 | ±0.004 |
失圆度：小于直径公差的一半。
交货状态
1. 直超弹性(SE)
2. 冷作(CW)
表面质量
1. 轻氧化 - 金刚石拉拔表面
2. 暗氧化 - 金刚石拉拔表面
3. 黑氧化 - 金刚石拉拔表面
4. 蚀刻 - 化学去除氧化层，会保持表面光滑
5. 酸洗 - 化学去除氧化层，再加上少量的贱金属，表面会有粗糙的纹理
6. 蚀刻和机械抛光 - 化学去除氧化层，然后机械抛光，表面将有不锈钢外观(放大40x时，会发现微划痕）
7. 无氧化物 - 光滑，无可见氧化物
丝材代码
工作Af温度是镍钛合金有效超弹性性能的关键性能之一。虽然54.5~57.0质量百分比范围内的主要Ni含量均符合ASTM F2063-12标准规范，但Af对化学成分非常敏感，镍钛合金成分的详细分级至关重要。这就是为什么我们使用详细的和经过验证的材料代码来识别合金。
表6
丝材代码 | A | B | C | D | E | F | G | H |
实际工作温度Af ℃ | 70+/-10 | 30+/-10 | 25+/-5 | 17+/-7 | 10+/-10 | 5+/-10 | -20+/-10 | -30+/-15 |
我们的优势
1. 首先，所有进口镍钛合金原料都要经过第三方检验，以确保其符合化学、转化温度、材料均匀性和微观结构等专有规范。为了提高表面光洁度和均匀度，所有的线材和管材产品都采用高精度的单晶或多晶金刚石拉丝模技术。经过正确的超弹性热处理后，医用镍钛材料在人体温度下可以承受高达8%的应变而不会永久弯曲。
2. 我们所有的镍钛合金材料和产品都是按照客户的规格制造的。
3. 材料可以按超弹性或更高的转换温度形状记忆交货。
标准规范
ASTM F2063-12 | 医疗器械和外科植入物用锻态镍钛形状记忆合金标准 化学成分 |
GB 24627 | 医疗器械和外科植入物用锻态镍钛形状记忆合金标准 化学成分 |
ASTM F2633-13 | 用于医疗器件和外科植入无缝镍钛记忆合金管件的标准规范 |
ASTM F2005-05 | 镍钛形状记忆合金的标准术语 |
ASTM F2004-05 | 用热分析测试镍钛合金转变温度的标准测试方法 |
ASTM F2516-14 | 镍钛超弹性材料的拉伸测试方法 |
ASTM F2082-15 | 用弯曲和自由恢复法测试镍钛形状记忆合金相变温度的标准测试方法 |
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