STOPY Z PAMIĘCIA KSZTAŁTU
NiTi 53-57% Ni, Ti50Ni48,5Co1,5 Przemiana martenzytyczna termosprężysta: wyniku wzajemnego dopasowania sieci macierzystej i tworzącego się martenzytu zachodzi odkształcenie sprężyste. Korzystny wpływ: duży opór odkształcenia, mała wartość stałych spręzystości, niewielka siła napędowa, odwracalny mechanizm uwalniania naprężeń Cecha martenzytu termosprężystego: zbliźniaczenie występujące w pojedynczych płytkach oraz dziedziczenie cech fazy macierzystej, w tym uporządkowania atomowego
Zjawisko pamięci kształtu w stopach może być związane z jednokierunkowym efektem pamięci, pseudosprężystością lub też dwukierunkowym efektem pamięci
Jednokierunkowy efekt pamięci Dwa stany wyjściowe: I) Element o zaprogramowanym kształcie i określonej fazie macierzystej zmienia przez odkształcenie swoją postać geometryczną, a przez to struktura przemienia się w martenzytyczną. Nagrzanie elementu do temperatury charakterystycznej powoduje przemianę martenzytu ponownie w fazę macierzystą, a element odzyskuje swój pierwotny kształt. Wielkośc naprężeń w punkcie początku przemiany fazy macierzystej w martenzyt jest funkcją temperatury. Naprężenie wzrasta ze wzrostem temperatury. Natomiast dla martenzytu otrzymanego drogą hartowania wielkość naprężeń w tym punkcie określona jest naprężeniem potrzebnym do przemieszczenia płytki martenzytu lub bliźniaka. Temperaturowa zależność tego naprężenia jest określona zmianą stałych sprężystości martenzytu
Element o ustalonym kształcie wyjściowym po zahartowaniu otrzymuje strukturę martenzytyczną. Kolejne odkształcenie zmienia strukturę martenzytyczną. Zmiana struktury martenzytu zachodzi dopiero po ogrzaniu. Odwrotna przemiana martenzytyczna, a w jej wyniku wytworzenie fazy macierzystej i powrót do pierwotnego kształtu następuje podczas dalszego ogrzewania elementu
Pseudosprężystość Związana z odwracalną przemianą wywołaną naprężeniem zewnętrznym. Utworzenie martenzytu przy temperaturach > A f wiąże się ze sprężystym odkształceniem o wielkości kilka do kilkunastu procent, które całkowicie znika podczas odciążenia. AB sprężyste odkształcenie fazy macierzystej. B początek tworzenia martenzytu, C koniec przemiany. Sprężyste odkształcnie CC`. D granica plastyczności martenzytu. C`F sprężyste odciążenie martenzytu. F początek pdwracalnej przemiany martenzytu.
Dwukierunkowy efekt pamięci Gdy temperatura, w której następuje odciążenie, jest zbyt niska, odciążenie nie inicjuje odwrotnej przemiany martenzytycznej i zanika zjawisko pseudosprężystości. Powrót do fazy macierzystej następuje dopiero po nagrzaniu i bazuje na jednokierunkowym efekcie pamięci kształtu. Zjawisko pseudosprężystości i jednokierunkowy efekt pamięci wzajemnie się uzupełniają. Efekt związne jest z cyklicznym przebiegiem przemian w zakresie temperatur M s i A f, które wywołują zmianu odwracalne kształtu elementu bez udziału zewnętrznego naprężenia
Na wielkość naprężeń uzyskanych w dwukierunkowym efekcie pamięci wpływ ma wielkość przyłożonych naprężeń. Istnieje optymalna wielkość dla uzyskania największego efektu pamięci kształtu. Dla zainicjowania stosuje się wielokrotne powtarzanie cyklu obróbki cieplnomechanicznej. Efekt można indukowac przez: - odkształcenie próbki w stanie martenzytycznym, nagrzanie powyżej Af o następnie chłodzenie poniżej Mf, - odkształcenie próbki powyżej Af prowadzące do indukowania martenzytu przyłożonym naprężeniem z wykorzystaniem pseudospręzystości - nałożenie obu sposobów indukcji
Chirurgia kostna Najbardziej przydatny efekt dwukierunkowej pamięci kształtu Bariera: biotolerancja NiTi (nikiel!). Odporność korozyjna zbliżona do stali Cr-Ni-Mo. Propozycje: płytki zespoleń dociskowych, stabilizator do leczenia skolioz, igły śródszpikowe, klamry do osteoporozy, tulejki dystansowe do kręgosłupa Zakres przemian fazowych NiTi: -50 - +51 C (praktyczna możliwość regulowania dopływu ciepła i sterowanie procesem odzysku kształtu podczas operacji
Stan wyjściowy implantu cechuje wstępne odkształcenie. Implant o temperaturze pokojowej wprowadzony do organizmu nie zmienia swojej struktury i kształtu (obszar I). Podczas nagrzewania implant osiąga temperaturę A s (początek przemiany odwrotnej punkt 2), któremu towarzyszy odzysk kształtu postępujący do osiągnięcia temperatury A f (punkt 3), przy której z kolei następuje całkowity powrót do pierwotnego kształtu. Po przerwaniu dopływu ciepła w zakresie A s -A f zatrzymany zostaje równocześnie proces odzyskiwania kształtu. Dalsze schładzanie implantu do temperatury ciała nie zmienia jego kształtu (obszar II). Stop posiada strukturę fazy macierzystej. Dopiero oziębianie do temperatury M s (punkt 4) powoduje jego częściowe odkształcenie przebiegające aż do końca przemiany martenzytycznej M (punkt 5)
Skład NiTi można tak dobrać, aby przemiany zachodziły w zakresie temperatur zbliżonym do temperatury ciała pacjenta, nie narażając tkanek na efekty zmian cieplnych Nagrzewanie: przez bezpośrednie doprowadzenie ciepła za pomoca sondy kontaktowej nagrzewanej oporowo (klamry); przez wykorzystanie ciepła przepływającej wody, doprowadzanej ssawkami lub przy użyciu diatermii
Druty łukowe NiTi popularne w leczeniu wad zgryzu: spłaszczone w stanie martenzytycznym przrz walcowanie do 30% zgniotu, przy którym istnieje pseudospręzystość, po odkształceniu o kąt 90 powracaja do pierwotnej postaci