Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp cải thiện tính siêu đàn hồi của hợp kim titan

Biến dạng phục hồi tối đa (εr) của hợp kim Ti-Ni có thể đạt tới 8,0%, cho thấy hiệu ứng ghi nhớ hình dạng tuyệt vời và tính siêu đàn hồi, và được sử dụng rộng rãi làm tấm xương, giàn giáo mạch máu và khung chỉnh nha. Tuy nhiên, khi hợp kim Ti-Ni được cấy vào cơ thể con người, nó có thể giải phóng Ni+, chất này gây mẫn cảm và gây ung thư, dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Hợp kim titan có khả năng tương thích sinh học tốt, chống ăn mòn và mô đun đàn hồi thấp, đồng thời có thể có được độ bền và độ dẻo tốt hơn sau khi xử lý nhiệt hợp lý, nó là một loại vật liệu kim loại có thể được sử dụng để thay thế mô cứng. Đồng thời, sự biến đổi martensitic nhiệt đàn hồi có thể đảo ngược tồn tại trong một số hợp kim titan, cho thấy hiệu ứng ghi nhớ hình dạng và siêu đàn hồi nhất định, giúp mở rộng hơn nữa ứng dụng của nó trong lĩnh vực y sinh. Sự phát triển của hợp kim -titan bao gồm các nguyên tố không độc hại và có độ đàn hồi cao đã trở thành điểm nóng nghiên cứu về hợp kim titan y tế trong những năm gần đây.
Hiện nay, nhiều hợp kim -titan có tính siêu đàn hồi và hiệu ứng ghi nhớ hình dạng ở nhiệt độ phòng đã được phát triển, chẳng hạn như hợp kim Ti-Mo, Ti-Ta, Ti-Zr và Ti-Nb. Tuy nhiên, độ thu hồi siêu đàn hồi của các hợp kim này là nhỏ, chẳng hạn như εr tối đa của Ti-(26, 27)Nb (26 và 27 là các phân số nguyên tử, nếu không được đánh dấu đặc biệt thì các thành phần hợp kim titan có trong bài viết này là các phân số nguyên tử) chỉ là 3.0%, thấp hơn nhiều so với hợp kim Ti-Ni. Làm thế nào để cải thiện hơn nữa tính siêu đàn hồi của hợp kim titan là một vấn đề cấp bách cần giải quyết. Trong bài báo này, các yếu tố ảnh hưởng đến độ siêu đàn hồi của hợp kim titan được phân tích và các phương pháp cải thiện độ siêu đàn hồi được tóm tắt một cách có hệ thống.
Tính siêu đàn hồi 1.1 Sự biến đổi thuận nghịch do ứng suất gây ra của 1 hợp kim titan
Tính siêu đàn hồi của hợp kim titan thường được gây ra bởi sự biến đổi martensitic gây ra ứng suất thuận nghịch, nghĩa là pha của cấu trúc mạng lập phương tập trung vào cơ thể được chuyển thành "pha của cấu trúc mạng hình thoi khi biến dạng được nạp. Trong quá trình dỡ tải, " pha chuyển sang pha và biến dạng phục hồi. Trong hợp kim titan siêu đàn hồi, pha của cấu trúc lập phương tập trung vào vật thể được gọi là "austenite" và pha của cấu trúc hình thoi được gọi là "martensite". Nhiệt độ bắt đầu của quá trình chuyển pha martensitic, nhiệt độ kết thúc của quá trình chuyển pha martensitic, nhiệt độ bắt đầu của quá trình chuyển pha austenite và nhiệt độ kết thúc của quá trình chuyển pha austenite được biểu thị bằng Ms, Mf, As và Af, và Af thường là vài kelvin đến hàng chục của Kelvin cao hơn Ms. Quá trình bốc dỡ của hợp kim titan với sự biến đổi martensitic do ứng suất gây ra được thể hiện trên Hình 1. Đầu tiên xảy ra biến dạng đàn hồi của pha, chuyển thành pha " ở dạng cắt khi tải trọng đạt tới ứng suất tới hạn (σSIM) cần thiết để tạo ra quá trình chuyển pha martensitic. Khi tải tăng lên, quá trình chuyển pha martensitic ( → ") tiếp tục cho đến khi đạt được ứng suất cần thiết cho sự kết thúc (hoặc kết thúc) của quá trình chuyển pha martensitic, và sau đó xảy ra biến dạng đàn hồi của pha ". Khi tải tiếp tục tăng vượt quá ứng suất tới hạn cần thiết để trượt pha (σCSS), xảy ra biến dạng dẻo của pha. Trong quá trình dỡ tải, ngoài sự phục hồi đàn hồi của "pha và pha", → chuyển pha còn gây ra sự phục hồi biến dạng. Hiệu ứng siêu đàn hồi hoặc bộ nhớ hình dạng của hợp kim phụ thuộc vào mối quan hệ giữa nhiệt độ chuyển pha và nhiệt độ thử nghiệm. Khi Af thấp hơn một chút so với nhiệt độ thử nghiệm, pha gây ra bởi ứng suất trong quá trình tải sẽ trải qua → chuyển pha trong quá trình dỡ tải và biến dạng tương ứng với quá trình chuyển pha do ứng suất gây ra có thể phục hồi hoàn toàn và hợp kim thể hiện tính siêu đàn hồi. Khi nhiệt độ thử nghiệm nằm giữa As và Af, một phần pha được chuyển thành pha trong quá trình dỡ tải và biến dạng tương ứng với quá trình chuyển pha do ứng suất gây ra được phục hồi và hợp kim thể hiện tính siêu đàn hồi nhất định. Nếu hợp kim được nung nóng hơn nữa trên Af, pha "còn lại sẽ chuyển thành pha, biến dạng chuyển pha được phục hồi hoàn toàn và hợp kim thể hiện hiệu ứng ghi nhớ hình dạng nhất định. Khi nhiệt độ thử nghiệm thấp hơn As, sự biến đổi martensitic do ứng suất gây ra Biến dạng không tự động phục hồi ở nhiệt độ thử nghiệm và hợp kim không có tính siêu đàn hồi, tuy nhiên, khi hợp kim được nung nóng trên Af, biến dạng thay đổi pha được phục hồi hoàn toàn và hợp kim thể hiện hiệu ứng ghi nhớ hình dạng.