Сплав титан-нікель-срібло-ніобій з пам`яттю форми
Номер патенту: 8733
Опубліковано: 15.08.2005
Автори: Коваль Юрій Миколайович, Калеко Давид Михайлович, Шпак Анатолій Петрович, Патон Борис Євгенович, Неганов Леонід Михайлович, Сліпченко Вікторія Миколаївна
Формула / Реферат
Сплав з пам'яттю форми, що містить титан, нікель, ніобій, який відрізняється тим, що додатково містить срібло при наступному співвідношенні хімічних елементів, % ат.:
нікель
42,500-49,700
срібло
0,040-1,500
ніобій
0,045-1,000
титан
решта.
Текст
Корисна модель відноситься до металургії, а саме, до прецизійних сплавів на основі титану з ефектом пам'яті форми для виготовлення на їх основі термочутливи х контактних елементів до стартерів тліючого розряду для запалювання розрядних джерел світла, наприклад, люмінесцентних ламп низького тиску, і може бути широко використана в електротехнічній та теплотехнічній галузях, а також у медичній промисловості у якості функціональних елементів, що мають відносно низьке значення електричного опору та біологічно сумісні з живими тканинами організму людини . Відомо сплав нікель-титан-залізо з пам'яттю форми [United States Patent, U.S. Patent application, "Nickel/Titanium/Iron Shape Memory alloys" No.3,753,700, Int.Cl.4 C22F1/00, 08/1973], що містить нікель, титан, залізо у наступному співвідношенні хімічних елементів (% ат.): Ті 42,5 ¸ 48,8; Fe 0,1 ¸ 30,0; Ni решта. Основним недоліком цього сплаву є те, що він має відносно високий питомий електричний опір (ρ=7,8•10-8 ¸ 8,6•10-8Ом•м), низьку комутаційну стійкість та низьку стабільність відтворення зворотної деформації (εз). Використання вказаного сплаву у якості термочутливого контактного елементу в п ускорегулюючій апаратурі розрядних джерел світла, наприклад, в стартері тліючого розряду для запалювання люмінесцентних ламп, свідчить, що після двох десятків теплових змін (Nц=20-25 циклів) сплаву через інтервали температур прямого (Мп-Мк) та зворотного (Ап-Ак) мартенситних перетворень його зворотна деформація (εз) знижується в середньому на 30%, що позначається на пропорційному зменшенні зазору (δ) між контактними поверхнями термочутливого елемента та протилежною контактною поверхнею електрода в стартері. Відносно високе значення питомого електричного опору (ρ=7,8•10-8-8,6•10-8Ом•м) в режимі запалювання лампи приводить до нагрівання термочутливого контактного елементу вище температури кінця зворотного (Ак) мартенситного перетворення пусковим струмом (Іп), що проходить через нього (Q=0,24 І2Rt). При цьому, термочутливий контактний елемент тривалий час ( t к =400-600сек) знаходиться в постійному контакті з протилежним контактним електродом до моменту зниження температури на термочутливому контактному елементі нижче температури початку прямого (Мп) мартенситного перетворення. Низька контактна стійкість сплаву після декількох теплових змін приводить до зварювання контактів, а відносно невеликий інтервал температур між кінцем прямого (Мк) мартенситного перетворення і кінцем зворотного (Ак) мартенситного перетворення, що не перевищує 45°С, викликає безперервне, хаотичне контактування в режимі запалювання, що обумовлює часте мигання люмінесцентної лампи і викликає інтенсивне розпилення її катодів. Це перевантажує мережу освітлення та значно скорочує строк служби лампи та пуско-регулюючої апаратури. Відомо також сплав нікель-титан-мідь з пам'яттю форми для виготовлення термочутливи х елементів [United States Patent, U.S. Patent application, "Nickel/Titanium/Copper Shape Memory alloys" U.S. Ser. No. 537,316, Int.Cl.4 C22F1/00, filed Sept. 29, 1983], що містить нікель, титан, мідь у наступному співвідношенні хімічних елементів (% ат.): Ті 43,4 ¸ 49,8; Cu 0,3 ¸ 4,0; Ni решта. Вказаному сплаву також притаманні вище наведені недоліки, а саме ті, що він має відносно високий ¸ питомий електричний опір (ρ=6,5•10-8 7,3•10-8Ом•м), низьку комутаційну стійкість та низьку стабільність відтворення зворотної деформації (εз). Після 3-х десятків теплових змін (або Nц=30-35 циклів) в стартерах тліючого розряду через інтервали температур прямого (Мп-Мк) та зворотного (Ап-Ак) мартенситних перетворень вихідна зворотна деформація (εз) зменшується на 20-25%, а відносно великий питомий електричний опір та низька контактна стійкість викликає зварювання контактних поверхонь. Підвищений питомий опір (ρ) сплаву викликає посереднє нагрівання (Q=0,24 I2Rt) термочутливого елементу струмом, що проходить через нього. В результаті теплової дії струму протягом тривалого часу ( tк =350-400сек.) затримується розмикання контактних поверхонь та, як наслідок, змінюється вихідне положення характеристичних температур (Мп, Мк, Ап, Ак) в середньому на 30-40°С із-за часткового розпаду β-фази при спонтанних відпалах сплаву по ходу роботи стартера. Окрім цього, відносно малий інтервал температур між початком зворотного (Ап) і початком прямого (Мп) мартенситних перетворень (або диференціал температур ΔТ=|Ап-Мп|), що не перевищує 2°С, викликає швидке - "холодне" запалювання лампи, в результаті якого в 3-4 рази скорочується строк її служби із-за інтенсивного руйнування вольфрамових катодів. Найбільш близьким за сутністю до запропонованого сплаву є сплав нікель-титан-ніобій з пам'яттю форми [United States Patent, U.S. Patent application, "Nickel/Titanium/Niobium Shape Memory alloys" No.4,770,725 Int.Cl.4 C22F1/00, filed jun.5, 1987], що містить нікель, титан і ніобій у наступному співвідношенні хімічних елементів (% ат.): Ті 34,0 ¸ 48,0; Nb 2,5 ¸ 30,0; Ni решта. Вказаний сплав-прототип також має суттєві недоліки, а саме - відносно високий питомий електричний ¸ опір (ρ=8,57•10-8 9,21•10-8Ом•м), низьку комутаційну стійкість та низьку стабільність відтворення зворотної деформації (εз). При циклічній зміні геометричної форми термочутливого елементу (Nц=44-97 температурних циклів), виконаного із вказаного сплаву і встановленого в стартері тліючого розряду, через інтервали температур прямого (Мп-Мк) та зворотного (Ап-Ак) мартенситних перетворень, відтворення зворотної деформації (εз) знижується на 15-20%, що відповідає пропорційному зменшенню зазору (δ) між рухомим кінцем контактної поверхні термочутливого елементу та протилежною контактною поверхнею електроду в стартері. Однією із головних причин зниження зазору (δ) є незадовільна контактна стійкість сплаву, що з умовлено процесом мікроскопічного зварювання контактних поверхонь під час якого стримується рух контакту. При поступовому зменшенні зазору δ між контактними поверхнями до 1,0 мм спостерігається утворення масиву коротких дуг, що перегрівають розрядну контактну поверхню сплаву і викликають переніс матеріалу сплаву на протилежну розрядну контактну поверхню. Безпосередньо перед доторканням контактної поверхні сплаву до протилежної контактної поверхні із матеріалу сплаву утворюється рідкий перешийок і напруга на протязі 10 не стрибком спадає до декількох вольт, а діючий струм підвищується до декількох ампер. Подальше зближення сплаву з протилежним електродом збільшує контактну площу взаємодії і перехідний контактний опір падає, зменшуючи температуру на контактній поверхні сплаву. Але в умовах, коли напруженість електричного поля (Е) при замиканні контактних поверхонь збільшується по закону E=U/δ (де U-комутаційна напруга), виникає автоелектронна емісія з поверхні зазначеного сплаву і, разом з цим, на цій поверхні формується діелектрична плівка, яка складається із оксидів сплаву, що суттєво підвищує перехідний електричний опір та значно ускладнює електричну провідність його контактної поверхні. В процесі розмикання контактних поверхонь контактні зусилля збільшуються. На протязі відносно короткого часу напруга на контактних поверхнях зростає від декількох мілівольт до десятків вольт, причому саме в цей час контактна поверхня сплаву найбільше виплавляється і при цьому виникають всі умови для зварювання контактних розрядних поверхонь в стартері тліючого розряду. І тільки при умові існування рідкої фази при розмиканні контактна поверхня сплаву відривається від протилежної поверхні. Причому із-за підвищеного питомого опору сплаву, а також вмісту на його розрядній поверхні хімічних оксидних складових, у режимі розмикання сплав-прототип руйнується швидше чим у режимі замикання. Це обумовлено тим, що сплави системи Ni-Ti при нагріванні вище температури 100°С окисляються з утворенням на контактній поверхні на першому етапі адгезаційних стійких прошарків з відносно невисоким електричним опором, а вже наступним етапом — формуванням зон з товстими плівками із високим електричним опором. Ці фактори суттєво зменшують установочний зазор (δу) між контактними поверхнями і викликають зварювання контактних поверхонь. При цьому відбувається втрата рівня пружних напруг в термочутливому елементі в умовах механічного опору його руху при відтворенні зворотної деформації (εз, що чиниться спонтанною динамікою електричних процесів в місці контактування. Окрім цього, сплав має занадто широкий інтервал температур мартенситних перетворень (або диференціал температур) між початком (Мп) прямого мартенситного перетворення і початком (Ап) зворотного мартенситного перетворення (наприклад, для сплавів-прототипу: №45 ΔТ=|АпМп|=78°С, №44 ΔТ=|Ап-Мп|=75°С, №47 ΔТ=|Ап-Мп|=108°С, №7 ΔТ=|Ап-Мп|=115°С, №9 ΔТ=|Ап-Мп|=120°С U.S.Patent Number: 4,770,725), що викликає неприпустиме збільшення часу затримки ( t к ) розмикання контактних поверхонь у відповідних стартерах в межах 75-362 сек. при технічному регламенті до 5сек. Високий питомий опір (ρ) сплаву та значний диференціал температур між кінцем прямого (Мк) та кінцем зворотного (Ак) мартенситних перетворень, що становить 120-150°С, приводить до посереднього нагрівання термочутливого елементу струмом (Q=0,24I2Rt), що проходить через нього. В результаті тривалої термічної дії змінюється положення характеристичних температур сплаву (Мп, Мк, Ап, Ак) на 2030°С відносно їх початкового стану. Це пов'язано з тим, що в процесі спонтанних відпалів сплавупрототипу, які виникають в моменти тривалої затримки розмикання контактних поверхонь, ініціюється розпад β-фази у стр уктурі вказаного сплаву, що суттєво змінює його робочі властивості. Таким чином, в результаті вказаних недоліків сплаву значно знижується надійність роботи стартера. Технічною задачею корисної моделі є зниження питомого електричного опору (ρ) нікель-титаноніобієвого сплаву з пам'яттю та підвищення його комутаційної стійкості при відтворенні стабільної вихідної зворотної деформації (εз) в умовах багатократної циклічної зміни форми (Nц) в інтервалах прямого (Мп-Мк) та зворотного (Ап-Ак) мартенситних перетворень шляхом введення у сплав визначеного складу хімічних елементів, що поряд із ніобієм та титаном дозволить сформувати специфічну структур у сплаву, яка зможе протидіяти процесам зварювання контактних поверхонь, наприклад, у стартері тліючого розряду, що суттєво підвищить стабільність зворотної формозміни і забезпечить надійність роботи сплаву і пристрою. Поставлена технічна задача вирішується за рахунок того, що у сплав титан-нікель-ніобій з пам'яттю форми, що містить титан, нікель, ніобій додатково введено срібло при наступному співвідношенні хімічних компонентів (% ат.): Нікель 42,500-49,700; Срібло 0,040-1,500; Ніобій 0,045-1,000; Титан 50,215-55,000 (решта). Концентрація у сплаві Ag в межах 0,040-1,500 (% ат.) надає термочутливому елементу додаткової функціональної властивості-електричного контакту і дозволяє майже в 3 рази знизити питомий електричний опір (від ρ=8,573•10-8Ом•м до ρ=2,726•10-8Ом•м). Окрім цього, присутність у сплаві Ag протидіє утворенню на поверхні контактних прошарків, або зон з квазиметалічними плівками, що забезпечує підвищення комутаційної стійкості сплаву. Введення у сплав Ag у вказаних межах також протидіє адсорбції газу при спробі формування на контактній поверхні сплаву газових плівок і таким чином захищає його від наступного окислення. Вміст Ag у сплаві менше 0,040 (% ат.) не стримує процес формування газових плівок і аномально збільшує питомий електричний опір сплаву (до ρ=4,118•10-8Ом•м), що викликає втрату необхідних контактних і електричних властивостей сплаву. В результаті цього сплав зварюється з протилежною контактною поверхнею, що приводить до аварійного режиму роботи стартера тліючого розряду. Вміст у сплаві Ag більше ніж 1,500 (% ат.) викликає різке погіршення механічних властивостей сплаву, в результаті якого термочутливі елементи, що виготовляються із сплаву, руйнуються на етапі їх виготовлення. Концентрація у сплаві Nb в межах 0,045-1,000 (% ат.) надає сплаву оптимальний інтервал температур між початком зворотного (Ап) мартенситного перетворення та початком прямого (Мп) мартенситних перетворень, що забезпечує формування регламентованого періоду затримки розмикання контактних поверхонь (до 5сек.) в стартері тліючого розряду з метою забезпечення попередньої термічної підготовки катодів люмінесцентної лампи перед її запалюванням. Вказана концентрація Nb у сплаві забезпечує стабільне відтворення диференціалу температур ΔТ=|Ап-Мп| в межах від 3°С до 32°С, що відповідає регламентованому часу ( t к ) одного окремого контактування в стартері тліючого розряду в межах від 2,2сек до 3,7сек, необхідного для забезпечення термічної підготовки катодів лампи. Окрім цього, введення Nb і Ag у вказаних межах забезпечує сплаву тривалу циклічну стабільність (Nn) протягом 1600 робочих циклів за рахунок підвищення стійкості β-фази. Завдяки присутності у сплаві Nb та Ag у вказаних межах, із зростанням числа робочих циклів (Nn), досягається суттєве збільшення (на 15-20%) зворотної деформації (εз), що виражається у пропорційному збільшенні зазору - δ між розрядними контактними поверхнями в стартері відносно установочної величини δу (до кінцевої величини δк ), що зумовлено відсутністю процесів мікроскопічного зварювання контактних поверхонь при одночасному накопиченні пружних напруг під час циклування (або "тренінгу") сплаву в процесі роботи стартера. Вміст у сплаві Nb менше ніж 0,045 (% ат.) не надає сплаву необхідний інтервал температур між початком зворотного мартенситного перетворення (Ап) та початком прямого мартенситного перетворення (Мп) і не забезпечує достатнього часу термічної підготовки катодів люмінесцентної лампи перед її запалюванням. Вміст у сплаві Nb більше 1,000 (% ат.) викликає руйнування сплаву із-за зростання твердості та крихкості β-фази. Концентрація у сплаві Ті в межах 50,215-55,000 (% ат.) забезпечує компенсацію різкого зниження критичних температур (Мп, Мк, Ан, Ак), що зумовлена введенням у сплав Ag. Введення у сплав Ті менше 50,215 (% ат.) не забезпечує компенсацію відповідного зниження критичних температур при введені Ag, а більше 55,000 (% ат.) веде до різкого підвищення твердості та крихкості сплаву, що викликає процеси руйнування. Порівняльний аналіз запропонованого технічного рішення з відомим сплавом-прототипом показав, що запропонований склад сплаву і співвідношення хімічних елементів в ньому відрізняються від відомого тим, що введено новий хімічний компонент Ag, причому введені у сплав відомі хімічні компоненти Nb та Ті мають зовсім інші межі, що відсутні у сплаві-прототипі. Це забезпечило позитивний ефект при створенні нового сплаву, підтримуючого одночасно дві основні функції, а саме, функцію стабільного теплового приводу та функцію стійкого комутаційного контакту. Причому позитивний ефект сплаву полягає у значному поліпшенні електричних властивостей, а саме, у зменшенні у 2-3 рази питомого електричного опору та у забезпеченні стійкої багатократної зворотної деформації при одночасному збільшенні її величини в процесі роботи сплаву у пристрої. При цьому, одержаний позитивний результат нового сплаву успішно використано на прикладі його застосування у стартері тліючого розряду для запалювання розрядних джерел світла. Аналіз відомих технічних рішень показав, що деякі хімічні елементи введені у запропонований сплав відомі, а саме: Ag, Ni, Nb. Із патентної літератури відомо технічне рішення: "Материал для электрических контактов на основе серебра" [Патент РФ, патент RU №2067129 СІ, MПK6 C22C005/06 Н01Н001/02, 06.20.02], в якому запропоновано матеріал для електричних контактів на основі срібла, що має наступний склад (в мас. %): нікель 9,0-24,8, ніобій 0,5-7,0, срібло - решта. Запропонований матеріал виготовлено методом спікання із порошкових складових. Однак приведений об'єкт не є суцільним литим матеріалом, не забезпечує пам'яті форми, а також не містить титан, як один із основних компонентів, що відтворює його функціональні властивості. Із цього можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення: "Сплав титан-нікель-сріблоніобій з пам'яттю форми" відповідає критерію "суттєві відмінності". Для оцінки властивостей запропонованого сплаву Ti-Ni-Ag-Nb було підготовлено 32 суміші інгредієнтів, 30 із яких відтворили оптимальні результати (див. таблицю 1 та таблицю 2, сплави №2...31). При виготовленні сплавів у якості присадок застосовували два лігатурні з'єднання хімічно чистих металів: Ti-Nb та Ni-Ag, що дозволило при проведенні плавок знизити вміст окисних включень і усун ути ліквацію після зливу розплаву. Кожну плавку проводили в індукційній печі в атмосфері хімічно чистого аргону. Після виплавки в мікроструктурі сплавів не виявлено газової пористості, оскільки при високих температурах була підсилена дегазуюча дія модифікаторів. Із одержаних відливок вирізували дослідні зразки з розмірами: 0,4х3,0х40мм та ø8,0х10,0мм. Кожен із зразків сплавів, після попередньої термомеханічної обробки, піддавали резистометричним та дилатометричним дослідженням з метою визначення критичних температур мартенситних перетворень (Мп, Мк, Ап, Ак) та відповідних значень питомого електричного опору (ρ). При фазових перетвореннях, в умовах течії процесів упорядкування і розупорядкування, хід залежності електричного опору від температури суттєво відхиляється від звичайного, що дозволяє надійно установити зміну фазових процесів і температурні інтервали їх течії. Методом трьох точкового згину визначали ступінь відновлення геометричної форми після попередньої деформації зразків після попередньої деформації нижче температури початку прямого мартенситного перетворення (Мп) і наступного нагрівання вище температури початку зворотного мартенситного перетворення (Ап). Дослідні зразки стартерів тліючого розряду, що містили термочутливі елементи, виконані із запропонованого сплаву, виготовляли на стандартній лінії виготовлення стартерів тліючого розряду Полтавського заводу газорозрядних ламп (Україна). Основні результати досліджень запропонованого сплаву Ti-Ni-Ag-Nb зведені у таблицю 1 та таблицю 2. З метою зручності пояснення результатів досліджень, щодо запропонованого сплаву, на Фіг.1 ілюструється стартер тліючого розряду, що містить: термочутливий контактний елемент 1, виконаний Uподібної форми із запропонованого сплаву Ti-Ni-Ag-Nb. Термочутливий контактний елемент 1 жорстко закріплено нерухомим кінцем на контакт-електроді 2. Термочутливий контактний елемент 1 разом з протилежним контакт-електродом 3 встановлені у ізольований тримач 4. Зібраний монтаж розміщено у атмосфері аргону 5, яким заповнено герметичний балон 6. Між рухомим кінцем елементу 1 і контактелектродом 3 встановлено зазор δ. На Фіг.2 ілюструється залежність зміни зазору δ від зміни числа циклів (Nц): а) залежність зміни зазору δ від числа робочих циклів Nц запропонованого сплаву; б) залежність зміни зазору δ від числа робочих циклів Nц сплаву-прототипу. На Фіг.3 ілюструється вплив хімічних елементів на розподіл характеристичних температур: Мп, Мк, Ап, Ак у запропонованому сплаві Ni-Ti-Ag-Nb в заявлених межах (відповідно до №2...31 сплавів, наведених у таблиці 1). Аналіз результатів досліджень свідчить, що у запропонованому сплаві у заявлених межах (див. таблицю 1, сплави №2...31) при концентрації у сплаві Ag від 0,045 до 1,500 (ат. %) питомий електричний опір (ρ) поступово знижується і знаходиться у відповідних межах: ρ2...31=3,845-2,726•10-8Ом•м. Наступне підвищення концентрації Ag та Nb приводить до різкого погіршення механічних властивостей сплаву Ni-TiAg-Nb і зростання його крихкості, у зв'язку з чим він не може бути використаний за призначенням (таблиця 2, сплав № 32). Як видно із таблиці 1, загальне підвищення концентрації Ag приводить до зниження критичних температур мартенситного перетворення Мп, Мк, Ап, Ак, що компенсується відповідним підвищенням концентрації у сплаві Ті з одночасним зниженням Ni. Введення у сплав Nb (див. таблицю 1, сплави №2...31) викликає незначне зниження критичних температур Мп, Мк, Ап, Ак і поступове розширення інтервалу температур ΔТ=|Ап-Мп| від ΔТ=3°С при вмісті Nb 0,045 (% ат.) до ΔТ=32°С при вмісті Nb 1,000 (% ат.) (див.Фіг.3). Порівняльний аналіз отриманих результатів свідчить, що при багато цикловій роботі сплаву у стартері тліючого розряду (Фіг.1, поз.1) при запалюванні люмінесцентних ламп низького тиску типу ЛБ-80, термочутливий контактний елемент 1, виконаний із сплаву Ті- Ni-Ag-Nb, при установчому зазорі δ у=2,62,9мм (табл.2, сплави №2...31, Фіг.2,а) між контактними поверхнями елемента 1 і контакт-електроду 2 (Фіг.1, зазор δ) після напрацювання понад 1600 циклів відбувається зростання зазору δ до кінцевого значення δк =3,3-3,7мм (Фіг.2,а та табл.2, сплави №2...31), що вказує відповідний ріст зворотної деформації (εз) на 15-20%. Причому, завдяки введенню у сплав Nb у заявлених межах, термочутливий контактний елемент 1 (Фіг.1, поз.1) стабільно відтворює заданий диференціал температур ΔТ=|Ап-Мп| в межах від 3°С до 32°С, що відповідає оптимальному часу одного окремого контактування в стартері тліючого розряду в межах від 2,2сек до 3,7сек, що забезпечує достатній прогрів катодів лампи з метою підвищення строку її служби. Окрім цього, відповідні концентрації у сплаві Ag та Nb забезпечують сплаву Ni-Ti-Ag-Nb тривалу циклічну стабільність (Nц) протягом 1600 робочих циклів (Фіг.2,а та табл.2, сплави №2...31) за рахунок підвищення міцності сплаву. В той же час, сплав-прототип після напрацювання в стартерах в межах від 44 до 97 робочих циклів (Nц) (Фіг.2, 6 сплави: №45, 44, 47, 7, 9 - U.S.Patent No.4,770,725) із-за низьких електричних та механічних властивостей зварюються з протилежним контакт-електродом (табл.2, Фіг.2, 6). Причому занадто підвищений час одного окремого контактування ( t к =75-365 сек.) термочутливи х елементів, виконаних із сплаву-прототипу (табл.2, сплави: №45, 44, 47, 7, 9 - U.S.Patent No.4,770,725), викликає швидке розпилення катодів лампи, що в 2-5 раз скорочує термін її служби. Таким чином, запропонований прецизійний сплав Ti-Ni-Ag-Nb, у порівнянні із сплавом-прототипом, після введення у сплав вказаних хімічних елементів у визначеному їх співвідношенні, має в 2-3 нижче питомий електричний опір (ρ2...31=3,845-2,726•10-8Ом•м) та у десятки раз більшу стабільність відтворення зворотної деформації (εз) за рахунок підвищення його комутаційної стійкості (Мц - понад 1600 робочих циклів проти 44-97 робочих циклів для сплаву-прототипу). Причому визначена концентрація у сплаві Ag надала термочутливому елементу нової функціональної властивості - електричного рухомого контакту, що протидіє адсорбції газу та формуванню газових плівок на контактній поверхні і, таким чином, захищає сплав від наступного окислення та зварювання контактних поверхонь під час комутації струму елементом. Концентрація у сплаві Nb в межах 0,045-1,000 (% ат.) забезпечила сплаву стабільне відтворення диференціалу температур ΔТ=|Ап-Мп| в межах від 3°С до 32°С, що відповідає регламентованому часу витримки нормально замкнутих контактів (в межах від 2,2сек. до 3,7сек.) під час одного окремого контактування в стартері. Окрім цього, поєднання у сплаві хімічних елементів Nb і Ag забезпечило сплаву тривалу циклічну стабільність за рахунок суттєвого зміцнення β-фази. Завдяки введенню у сплав Nb у вказаних межах, поряд із зростанням числа робочих циклів (Nц), досягнуто суттєве збільшення (на 15-20%) амплітуди зворотної деформації (εз) (або пропорціонального збільшення зазору - δ між розрядними контактними поверхнями в стартері відносно установочної величини δ у=2,6мм до кінцевої величини δк =3,4 мм), що зумовлено усуненням процесів мікроскопічного зварювання контактних поверхонь та одночасною позитивною дією "тренінгу" сплаву в процесі його напрацювання в стартері. При цьому сплав має оптимальний інтервал температур ΔТ=|Ап-Мп| між початком зворотного (Ап) і початком прямого (Мп) мартенситних перетворень в межах ΔТ=3-32°С. Використання вказаного сплаву у пусковій та регулюючій апаратурі розрядних джерел світла, наприклад, в стартерах тліючого розряду для запалювання люмінесцентних ламп [авт. свід. СРСР №799166, МПК3 Н05В 41/06, Бюл. №3, 23.01.81] забезпечило оптимальну термічну підготовку катодів лампи та усунуло безпосереднє нагрівання термочутливого контактного елементу пусковим током (Q=I2Rt). Запропонований прецизійний сплав Ti-Ni-Ag-Nb з пам'яттю форми може бути також широко застосований у практичний медицині, у якості функціональних елементів для екстракції чужорідних об'єктів із організму людини та у якості медичних запобіжних засобів, наприклад, ущільнювачів органів для збереження вагітності при відповідних патологіях, оскільки запропонований сплав біологічно інертний. Використання запропонованого сплаву приведе до суттєвої економії коштів за рахунок спрощення конструкцій термовимикачів, що містять дорогі контакти та привідні механізми різкого спрацювання, шляхом заміни цих механізмів і відповідних контактів одним, об'єднуючим ці функції, термочутливим сплавом Ti-Ni-Ag-Nb, а також суттєвої економії часу, що витрачається на виготовлення цих механізмів. При цьому, як мінімум, в 2-3 рази підвищиться надійність їх роботи. Промислове виробництво зазначеного прецизійного сплаву може бути здійснено на металургійних заводах, що спеціалізуються на випуску прецизійних кольорових металів. Для цього необхідно застосувати стандартне технологічне обладнання із незначними змінами в технологічному ланцюгу промислового виробництва. Таблиця 1 № спл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 45 44 47 7 9 Критичні температури Питомий Інтервал мартенситного електричний температур Ап-Мп перетворення (°С) опір (Ом•м) (°С) Ті Ni Ag Nb Мn Мк An Ак Ρ•10-8 ΔТ=|Ап-Мп| 50,210 49,715 0,035 0,040 150 124 150 173 4,118 1 50,215 49,700 0,040 0,045 148 127 151 171 3,845 3 50,390 49,450 0,090 0,070 145 126 149 170 3,805 3 50,550 49,200 0,145 0,105 142 125 147 168 3,783 5 50,715 48,955 0,195 0,135 138 122 144 167 3,741 6 50,885 48,705 0,245 0,165 136 120 143 165 3,705 7 51,040 48,460 0,300 0,200 134 118 142 163 3,685 8 51,210 48,210 0,350 0,230 131 115 140 161 3,643 9 51,365 47,965 0,405 0,265 128 112 138 159 3,609 10 51,535 47,715 0,455 0,295 125 108 136 157 3,570 11 51,687 47,468 0,520 0,325 122 106 134 155 3,532 12 51,860 47,220 0,560 0,360 120 102 133 154 3,490 13 52,030 47,970 0,610 0,390 118 100 132 152 3,451 14 52,185 47,725 0,665 0,425 116 97 131 151 3,412 15 52,355 47,475 0,715 0,455 114 95 130 150 3,375 16 52,520 47,225 0,770 0,485 111 93 128 140 3,326 17 52,680 45,980 0,820 0,520 108 90 126 147 3,278 18 52,850 45,730 0,870 0,550 106 88 125 146 3,241 19 53,005 45,485 0,925 0,585 104 84 124 148 3,205 20 53,175 45,235 0,975 0,615 102 81 123 146 3,167 21 53,345 44,980 1,030 0,645 100 78 122 145 3,130 22 53,510 44,740 1,070 0,680 98 76 121 143 3,092 23 53,680 44,490 1,120 0,710 94 73 118 141 3,038 24 53,840 44,245 1,175 0,740 92 71 117 140 3,005 25 53,000 43,995 1,225 0,780 90 68 116 136 2,970 26 54,150 43,750 1,280 0,820 88 65 115 134 2,931 27 54,320 43,500 1,320 0,860 86 63 114 133 2,894 28 54,480 43,250 1,370 0,900 84 60 113 131 2,855 29 54,635 43,005 1,425 0,935 82 57 112 130 2,816 30 54,805 42,756 1,475 0,970 80 54 111 129 2,773 31 55,000 42,500 1,500 1,000 78 51 110 127 2,726 32 55,005 42,485 1,505 1,005 75 48 108 125 3,847 33 Сплав-прототип (сплави: №....45, 44, 47, 7, 9 - U.S. Patent Number: 4,770,725) 48,75 49,75 1,5 37 15 112 162 8,573 78 48,50 49,50 2,0 44 17 120 180 8,631 75 46,00 50,00 4,0 30 5 138 190 8,792 108 47,00 47,00 6,0 48 20 145 195 8,952 115 45,00 43,00 12,0 50 30 157 183 9,212 120 Хімічні складові сплавів (% ат.) Таблиця 2 Час одного Критичні температури Установлений окремого мартенситного зазор в контактування № спл. перетворення (°С) стартері(мм) (сек.) Мn Мк An Ак δу tк 1 150 124 150 173 2,7 15 2 148 127 151 171 2,9 2,2 Число робочих циклів в стартері Nц 272 >1600 Кінцева величина зазору(мм) Результат роботи сплавів в стартері δк 0 3,4 приварювання позитивний J 5 6 7 5 9 70 77 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 145 142 138 136 134 131 128 125 122 120 118 116 114 111 108 106 104 102 100 98 94 92 90 88 86 84 82 80 78 75 45 44 47 7 9 37 44 30 48 50 126 149 170 2,7 125 147 168 2,8 122 144 167 2,8 120 143 165 2,7 118 142 163 2,7 115 140 161 2,6 112 138 159 2,7 108 136 157 2,7 106 134 155 2,9 102 133 154 2,7 100 132 152 2,8 97 131 151 2,8 95 130 150 2,7 93 128 140 2,7 90 126 147 2,6 88 125 146 2,7 84 124 148 2,7 81 123 146 2,6 78 122 145 2,7 76 121 143 2,7 73 118 141 2,9 71 117 140 2,7 68 116 136 2,8 65 115 134 2,7 63 114 133 2,7 60 113 131 2,9 57 112 130 2,7 54 111 129 2,8 51 110 127 2,7 48 108 125 2,7 Сплав-прототип (сплави: №....45, 44, 15 112 162 2,4 17 120 180 2,5 5 138 190 2,7 20 145 195 2,7 30 157 183 2,5 2,4 >1600 3,3 позитивний 2,4 >1600 3,6 позитивний 2,3 >1600 3,7 позитивний 2,5 >1600 3,5 позитивний 2,4 >1600 3,6 позитивний 2,6 >1600 3,4 позитивний 2,5 >1600 3,7 позитивний 2,7 >1600 3,4 позитивний 2.6 >1600 3,6 позитивний 2,8 >1600 3,7 позитивний 2,8 >1600 3,7 позитивний 2.8 >1600 3,4 позитивний 3,0 >1600 3.6 позитивний 3,0 >1600 3,6 позитивний 3,2 >1600 3,3 позитивний 3,0 >1600 3,4 позитивний 3,0 >1600 3,6 позитивний 3,1 >1б00 3,4 позитивний 3,3 >1600 3,5 позитивний 2,9 >1600 3,7 позитивний 3,0 >1600 3,4 позитивний 3,3 >1б00 3,3 позитивний 3,2 >1600 3,7 позитивний 3,4 >1600 3,3 позитивний 3,3 >1600 3,4 позитивний 3,5 >1600 3,7 позитивний 3,4 >1600 3,4 позитивний 3,6 >1600 3,6 позитивний 3,7 >1600 3,5 позитивний руйнування 47, 7, 9 .... U.S. Patent Number: 4,770,725) 184 63 0 приварювання 167 44 0 приварювання 362 72 0 приварювання 267 97 0 приварювання 75 81 0 приварювання
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюA titanium-nickel-silver- niobium alloy having the shape memory
Автори англійськоюPaton Borys Yevhenovych, Kalenko Davyd Mykhailovych, Koval Yurii Mykolaiovych, Nehanov Leonid Mykhailovych, Slipchenko Viktoriia Mykolaivna, Shpak Anatolii Petrovych
Назва патенту російськоюСплав титан-никель-серебро-ниобий с памятью формы
Автори російськоюПатон Борис Евгеньевич, Калеко Давид Михайлович, Коваль Юрий Николаевич, Неганов Леонид Михайлович, Слипченко Виктория Николаевна, Шпак Анатолий Петрович
МПК / Мітки
МПК: C22F 1/00, C22C 14/00
Мітки: пам'яттю, сплав, титан-нікель-срібло-ніобій, форми
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/7-8733-splav-titan-nikel-sriblo-niobijj-z-pamyattyu-formi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Сплав титан-нікель-срібло-ніобій з пам`яттю форми</a>
Попередній патент: Подрібнювач
Наступний патент: Спосіб роботи парокомпресорної установки
Випадковий патент: Спосіб світлооптичної візуалізації залізовмісних наночастинок у клітинах в системі in vitro