Учёные добавили новые свойства сплавам TiNiCu с эффектом памяти формы

Учёные НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из НИТУ «МИСиС» и Исследовательского центра им. Келдыша впервые реализовали эффект памяти формы в сплавах TiNi-TiCu с высоким содержанием меди за счёт сверхбыстрой закалки. Новое свойство будет полезно при создании микромеханических устройств, в энергетике, космической отрасли и биомедицине. Результаты работы опубликованы в международном журнале Materials Letters.

Яркий пример «умных» материалов, без которых сегодня невозможен научно-технический прогресс, – сплавы с эффектом памяти формы. При нагреве такие сплавы возвращаются к своей первоначальной форме, если перед этим были подвержены деформации. Они обладают уникальными свойствами: сверхупругость, высокая способность поглощать вибрацию, хорошая химическая стойкость и биосовместимость.

Одним из наиболее перспективных вариантов таких материалов являются сплавы TiNi-TiCu с высоким содержанием меди. Их получают в аморфном состоянии с использованием технологии быстрой закалки в виде лент толщиной 30-50 мкм. Однако после изотермической обработки эти сплавы могут кристаллизоваться, становясь более хрупкими и лишаясь эффекта памяти формы.

Российским учёным удалось предотвратить это за счёт кардинального уменьшения времени кристаллизации. С помощью сверхбыстрой закалки и динамической кристаллизации аморфного состояния импульсом электрического тока они получили новые структурные состояния в сплавах TiNi–TiCu с содержанием меди от 30 до 38 атомных %. Это позволило впервые реализовать эффект памяти формы в таких сплавах.

Рис. 1. СЭМ изображение микропинцета на основе сплава TiNiCu с ЭПФ в исходном открытом состоянии (b) и в замкнутом состоянии после срабатывания (с)

«Способность сплавов с эффектом памяти формы сохранять свои необычные характеристики на микроуровне позволяет делать на их основе самые миниатюрные устройства: микродатчики, микровыключатели, микронасосы и т.д. Они успешно применяются в робототехнике, авиационных и космических технологиях, энергетике, приборостроении, биомедицине и биотехнологии», — комментирует один из авторов исследования, доцент НИЯУ МИФИ Александр Шеляков.

Рис. 2. Процесс манипулирования филаментами графитовой нити диаметром от 5 до 25 мкм с помощью микропинцета на основе сплава TiNiCu с ЭПФ: поиск (a), захват (b) и перенос (с)

Работа была выполнена при поддержке Программы повышения конкурентоспособности НИЯУ МИФИ. Пресс-релиз об исследовании опубликован на портале «Открытая наука».