5.6. Тугоплавкі метали та їх сплави

Останнім часом в техніці застосовуються рідкоземельні тугоплавкі метали та їх сплави. Найбільше практичне значення мають тугоплавкі метали з ОЦК коміркою – вольфрам, ніобій, молібден, тантал та ін. Вони можуть працювати при температурах 1500 – 2000^oC.

Самий тугоплавкий метал – вольфрам (3410^oC). Його сплави застосовуються у радіо- і електронній промисловості. Так, із них виготовляють нитки розжарювання вакуумних приладів, листові аноди, нагрівники, контакти тощо. У сплаві з ренієм (до 30%) добре обробляється тиском.

Молібден (2625^oC) і його сплави також є важливим матеріалом. Його використовують в електроламповій промисловості, в радіоелектроніці, в електровакуумному виробництві, у високотемпературних вакуумних печах та ракетній техніці тощо. Легуючими добавками є цинк, вуглець, ніобій. Позитивно впливає на якість молібдену реній.

Ніобій (2468^oC) і його сплави – перспективні матеріали нової техніки. Їх використовують у хімічній промисловості, в атомних прискорювачах тощо. З них виготовляють зверхпровідні матеріали.

Сплави ніобію технологічні, добре зварюються, відрізняються високою корозіостійкістю. Легування вольфрамом, молібденом підвищують жаростійкість сплавів ніобію.

Тантал (2996^oC) і його сплави з вольфрамом, молібденом, ніобієм відрізняються дуже високою хімічною стійкістю проти дії сильних кислот, в розплавах лужних металів і використовуються в електровакуумній та хімічній промисловості.

5.7. Сплави з пам’яттю форми

У 1963 році був вперше отриманий нітінол, який складається з 50% нікелю і 50% титану. Крім корозіостійкості він проявляє здатність до запам’ятовування форми. Суть цього ефекту полягає в наступному. Якщо металу надати необхідну форму, а потім повторно продеформувати при більш низькій температурі, то при нагріванні відтворюються розміри та форма виробу, які були на початку.

Подібне явище спостерігається в сплавах з термопружним мартенситним перетворенням. Суть цього явища полягає в тому, що при утворенні та рості кристалу мартенситна решітка високотемпературної фази накопичує енергію пружної деформації. В результаті ріст мартенситного кристалу може призупинитись ще до порушення когерентності границь, тобто встановлюється термопружна рівновага мартенсит-матриця. Порушення цієї рівноваги – зниження температури – приводить до росту мартенситного кристалу, а підвищення температури викликає зворотне перетворення – мартенситний кристал зменшується. Зворотне перетворення протікає в інтервалі температур і не змінює концентрацію твердого розчину, а лише викликає зміну кристалічної решітки з утворенням рельєфу на поверхні. Температури прямого і зворотного процесів можуть відрізнятися на сотні градусів. При зворотному перетворенні можуть відновлюватись форма та розміри виробу.

Ефект відтворення форми характерний не всім сплавам, які мають мартенситне перетворення при деформації. Для нітонола це характерно. Із нього виготовляють пристрої для космічних апаратів, які саморозвертаються та інші вироби.

Із сплаву при температурі вище 20^oC виготовляють деталі (з’єднувальні муфти, ущільнювачі трубопроводів, заклепки тощо), які підлягають повторній деформації в рідкому азоті. Наприклад, муфта з внутрішнім діаметром, дещо меншим ніж зовнішній діаметр труби, так розширюється в рідкому азоті, що її можна одягти на трубу. При нагріванні муфта стискується до попередніх розмірів. При цьому труби з’єднуються міцно, надійно і герметично.

Завдяки ефекту пам’яті форми можна здійснювати зак лепочні з’єднання у важко доступних місцях. Для цього заклепку з протилежної сторони від головки розпилюють вздовж осі, а кінці розводять і закріплюють. Потім нагрівають. Далі при кімнатній температурі кінці заклепки зводять і вставляють в отвір. При нагріванні розрізані кінці заклепки розходяться і міцно з’єднують деталі.

Широке застосування знайшов нітінол в медицині. Виявилось, що крім корозіостійкості та пам’яті форми, цей сплав сумісний з тканинами організмів. Тому з нітінолу виготовляють різні скріплюючи скоби, стержні тощо.

Перспективним є застосування нітінолу для терморегуляторів, створення пристроїв для прямого перетворення тепла у механічну енергію, автоматичних терморегуляторів та машин багатократної дії, які реагують на невеликі коливання температури.

Широкому застосуванню сплавів з пам’яттю форми заважає складність в дотриманні точного хімічного складу, регулювання певних домішок, усунення ліквацій тощо.