Никелид титана. Медицинский материал нового поколения.

В.Э. Гюнтер, В.Н. Ходоренко, Ю.Ф. Ясенчук, Т.Л. Чекалкин и др.

Изд-во МИЦ, Томск, 2006 г.

МАРТЕНСИТНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ, ЭФФЕКТ ЗАПАЗДЫВАНИЯ И ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В НИКЕЛИДЕ ТИТАНА

4.1. Мартенситныепревращения в никелиде титана

Хотя ЭФФЕКТ памяти формы был обнаружен на сплавеTiNi эквиатомного состава, дальнейшие исследования показали, что представляют интерес (в особенности для использования в медицине) сплавы с отклоненным от стехиометрического состава и легированные одним или несколькими элементами периодической системы. Эти сплавы мы будем называть сплавами на основе никелида титана. Основное внимание в данном разделе уделено никелидутитана и влиянию на Мартенситные превращения, эффекты памяти формы, сверхэластичности и ферроэластичности различных факторов отклонения от стехиометрии, легированию такими элементами, как Fe, Mo, Со, Си, Аи, Pt, Pd, А1, влияниятермической и механической обработок. Мы не ставим цель дать полную информацию обо всех обсуждаемых проблемах, а постараемся ознакомить читателя с основными направлениями исследований в данной области науки.

В общих чертах диаграммасостояниясистемыTiNiпредставлена на рис. 4.1. Интерес к никелидутитанасистемыTiNi возник после обнаружения эффектов памяти формы при мартенситных превращениях, вызвав необходимость уточнения диаграммы, особенно вблизи эквиатомного состава. Было установлено, что гомогенный интервал интерметаллического соединенияTiNiлежит в пределах 49-53 ат.% Niпри температуре 800 °С и 49,5-51 ат.% Niпри температуре 400 °С [37].

За пределами области гомогенностисплав состоит в основном из фаз TiNi+Ti₂Ni, при его обогащении относительно эквиатомного составатитаном и TiNi+ TiNi₃ при обогащении никелем. Если относительно состава фазы, обогащенной титаном, разногласий нет, то при исследовании составов, обогащенных никелем, результаты разных авторов заметно отличаются. На рис. 4.2 приведен наиболее вероятный вариант диаграммысостояния и кристаллические структурысистемыTiNi. Электронно-микроскопическими и нейтронографическими исследованиями подтверждено наличие в исходном состоянии(β-фаза) сверхструктурыВ2 (типа CsCl). Нарушение дальнего порядка не происходит вплоть до линии солидуса, т.е. до температурыплавленияTiNi[122].

Параметры решетки при стехиометрическом составе #=3,02 А [125]. В идеальном кристалле стехиометрического составаАВ атом А занимает α положение (0,0,0), а атомВ - β положение С¹^,¹^,¹^)- По типу решеточных дефектовсплавы со структуройВ2 могут быть разделены на две группы. Первая - решеточные дефекты возникают в результате попадания атомовА в положение β и атомовВ в положение а. Этот тип дефектов называют антиструктурным, или дефектами замещения. Вторая группа решеточных дефектов - только атомыВ попадают в узлы подрешетки а. Такой тип дефектов называют трипл-дефектами (для стехиометрического состава существует одновременно три типа дефектов: две вакансии в β подрешетке и один атомВ в узле α подрешетки).

Рис. 4.1. диаграммасостояниясистемыTiNi. Система характеризуется наличием двух соединений: TiNiи TiNi₃, плавящихся конгруэнтно соответственно при 1240 и 1378 °С, а также Ti₂Ni, образующегося при 1015 °С по перитектической реакции. Три эвтектические реакции протекают при 955, 1110 и 1287 °С, эвтектоидная - при 770°С

Экспериментальные результаты исследования концентрационной зависимости параметра решетки, плотности и электросопротивления в TiNi показывают, что стехио-метрическому составу соответствуют максимальное значение параметра решетки, минимальная величина электросопротивления и немонотонная зависимость плотности от концентрации (рис. 4.3). Как показали расчеты, взаимодействие атомовтитана в соединенииTiNi является более дальнодействующим, чем взаимодействия атомов никеля. Расчет потенциалов межатомного взаимодействия в соединенииTiNi(ΨνιΝ