І | (5) МПК КО С22С 19/03 (2011.01) ХО МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Ї НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ о; П И С ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД нЛляМШЛМНЛООВООНВЦ ТТ ЮІЕИКККІІИІІІІІОООТІТЬЬОООЬЬИЕІШШШШШШОЛІО.О ООЛІООИООВВОВООЛОВЛЛІЕИТОКОЛИЛОЬИХОХВОИСТЛООХХЬТТЬТЬИТНЬТЬТЬОСХХІХОТЛТИТТООХЗООТОВОООООВВЛОЛОВТИИОТОТИОТОИТНЯ» (54) СПЛАВ НА ОСНОВІ НІКЕЛЬ-ТИТАН З ПАМ'ЯТТЮ ФОРМИ 1 2 (21) аг00910027 УР 9104936 А, 22.04.1997 (22) 02.10.2009 Ви 96106403 А, 20.05.1998 (24) 25.03.2011 (57) Сплав на основі нікель-титан з пам'яттю фор- (46) 25.03.2011, Бюл.Мо 6, 2011 р. ми, що містить нікель, титан, кобальт, залізо, кре- (72) ПАТОН БОРИС ЄВГЕНОВИЧ, КАЛЕКО ДА- мній, який відрізняється тим, що він додатково ВИД МИХАЙЛОВИЧ, КОВАЛЬ ЮРІЙ МИКОЛАЙО- містить тантал, срібло та ітрій при наступному ВИЧ, НЕГАНОВ ЛЕОНІД МИХАЙЛОВИЧ, СЛІПЧЕ- співвідношенні хімічних компонентів, мас. 90: НКО ВІКТОРІЯ МИКОЛАЇВНА, ШПАК АНАТОЛІЙ титан 44,00-45,45 ПЕТРОВИЧ кобальт 0,15-0,25 (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ІМ.
Є.О. тантал 0,08-0,15 ПАТОНА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇ- залізо 0,06-0,15 НИ кремній 0,05-0,12 (56) 5! 1574676 А1, 30.06.1990 срібло 0,03-0,10 УР 60248856 А, 09.12.1985 ітрій 0,01-0,02 УР 62037353 А, 18.02.1987 нікель 54,00-55,38. УР 4045237 А, 14.02.1992 с Винахід належить до металургії, а саме, до М й й о, прецизійних сплавів на основі нікель-титан з ефек- єю (6) при охолодженні сплаву нижче точки кінця о том пам'яті форми, призначених для використання прямого мартенситного перетворення (Мк) та на- - при виготовленні виробів медичної техніки. ступного нагрівання його до температури кінця Відомий "Сплав з властивістю пам'яті форми" зворотного мартенситного перетворення (Ак). в (заявка Японії Ме Се 59-82902, від 26.04.84, |Пї СІ" результаті введення у розплав надлишку сріблав (у С22С 19/03, 14/00, "Тохоку киндзоку коге"), що міс- Кількості до 5 У сплав стає крихким, що обумов- (пу тить (95 ат.): титан - 49,5-51,0, нікель - 49,0-49,5, лено утворенням крихкої у-фази.
Таким чином, при (ав) срібло - 1,0-5,0. виготовленні із сплаву виробів медичного призна- «Ї Основним недоліком сплаву є низьке значення чення вони можуть швидко втратити основні фун- б стабільності прояву реактивних напружень кціональні властивості, що викличе їх передчасне - руйнування з негативними наслідками для живого - (ой « БМрРа) в точці кінця зворотного мартенси- організму. т- тного перетворення та відносно високій залишко- Відомий також сплав з пам'яттю форми на ос нові нікель-титан, що описаний в роботі Гонг С.В., вій деформації (лв-! є ), що досягає 40 905 Ванг Й.Н., Янг Д.3. Мартенситні зміни сплаву з « після витримки у зневоленому стані при 240 "С пам'яттю форми МівоТіз5Тає (дошттаі! ої АГ ОУ5 -З протягом 2 годин.
Під стабільним проявом реакти- АМО СОМРОИШМО5Б, 2005 ЕІ БЕМІЕВ В.М. - факуль- 5 Вп 2. тет матеріалознавства, Даляньський політехнічний г. вних напружень (сдк) у точці кінця зворотного університет, Китай 116024 Далянь, прийнято (Ак) мартенситного перетворення необхідно розу- 26.09.05, Вид-во ЗА СОМ-13180, с.1-8), що містить міти максимальне стабільне значення реактивної (95 ат.): нікель - 50-52, титан - 45-60, тантал - 3-5. напруги у вказаній точці за відповідний термін дії Сплав також має низьку стабільність реактив- зустрічної напруги.
Під залишковою деформацією них напруг (сдк х 8МРа) в точці кінця зворотного слід розуміти абсолютне значення різниці між пер- мартенситного перетворення (Ак) при відносно винною деформацією (є) і кінцевою деформаці- низькій стабільності деформації (є 30 о). Вище вказаних меж сдк та є сплав утворює залишкову нікель 54,00-55,38. Відмінністю сплаву з ефектом пам'яті форми деформацію де - в! -вМ із-за аномальної плас- на основі нікель-титан, що пропонується, є добав- тичності Д-фази, що не відновлюється після нагрі- ка у сукупності танталу, срібла та ітрію як мікроле- вання вище температури Ак.
Таким чином, в ре- гуючих елементів. зультаті введення у розплав надлишку танталу Позитивна якість такого сплаву полягає в то- (Та-3-5 95 ат.) сплав під дією зовнішнього наван- му, що концентрація у сплаві танталу в межах таження змінює форму, що не відновлюється при 0,08-0,15 95 мас. забезпечує сплаву підвищення нагріванні вище температури (Ак). Саме це не дає величини стабільних реактивних напружень пере- можливості виготовлення виробів медичного приз- творення до 42-78 Мра, а також стабільність де- начення, що повинні мати стабільну форму при формації в точці кінця зворотного мартенситного різних умовах експлуатації. перетворення (Ак) при одночасному максималь- Найбільш близьким по суті до запропоновано- ному зниженні залишкової деформації до 1,0-1,7 го сплаву є сплав на основі нікель-титан (ТН-1 - Ж в умовах зовнішнього динамічного тиску на СЕРТИФІКАТ хімічного складу Меб6733 по ТУ 1-809- сплав за рахунок підвищення пластичності у- 394-84-" ВІЛС" -РОСІЯ, від 26.05.1998), що містить фази.
Концентрація у сплаві срібла в межах 0,03- (95 мас.): титан - 44,215-45,000, кобальт - 0,12- 0,10 95 мас. у поєднанні з Та забезпечує сплаву 0,43, залізо - 0,04-0,23, кремній - 0,03-0,15, нікель - суттєве зниження залишкової деформації в умовах 54,5-55,5 (решта). знакозмінного динамічного тиску, що зумовлено Сплав також має низьку границю генерації ре- підвищенням міцності рД-фази.
Концентрація у активних напружень, а саме низьке значення про- сплаві ітрію в межах 0,01-0,02 95 мас. забезпечує яву стабільних по величині реактивних напружень сплаву підвищення механічної витривалості за (оп « 15МРа) в точці кінця зворотного мартенси- рахунок зменшення зерна.
Це в свою чергу підви- АК щує механічну міцність сплаву та протидіє проце- тного перетворення (Ак) та відносно високу зали- сам утворення тріщин у напівфабрикатах при їх шкову деформацію (б -в ем ), що досягає термообробці. . . М 15,5-18,3 95 після витримки сплаву у зневоленому Для експериментальної оцінки властивостей В й запропонованого сплаву було підготовлено 15 стані при 2407 протягом 2 годин.
Це зумовлено сумішей інгредієнтів, 8 із яких відтворили оптима- відсутністю у сплаві компонентів-стабілізаторів льні результати (див. таблиці 1 та 2). При виготов- механічних властивостеи, що спроможні підвищи- ленні сплавів як присадки застосовували два ліга- ти принаймні границю генерації реактивних на- турні з'єднання хімічно чистих металів: Ті-Со-Та та пружень при зворотному мартенситному перетво- Мі-Ад-у, що дозволило при проведенні плавок зни- ренні (Ат-Ак) та одночасно забезпечити тривалу зити вміст окисних включень і усунути ліквацію механічну стійкість проти утворення залишкової після зливу розплаву.
Кожну плавку проводили в деформації ( дб ). Перелічені якості відомого спла- індукційній печі в атмосфері хімічно чистого арго- ву обмежують його використання тими випадками, ну.
Із одержаних відливків вирізували прямокутні де можна без завдання шкоди живому організмові та циліндричні дослідні зразки з розмірами: 0,4 х збільшити переріз виробу для досягнення необ- 3,0 х 40 мм та 28,0 х 10,0 мм.
У кожному із зразків хідних зусиль стискання або розширювання кісток сплавів після попередньої термомеханічної оброб- чи тканин. | ки визначалися критичні температури мартенсит- Технічною задачею винаходу є підвищення них перетворень (Мп, Мк, Ап, Ак) резистометрич- величини стабільної реактивної напруги (ср) в ним та дилатометричним методами.
Ступінь ще відновлення геометричної форми після поперед- точці кінця зворотного мартенситного перетворен- ньої деформації зразків нижче температури почат- ня (Ак) при одночасному максимальному зниженні ку прямого мартенситного перетворення (Мп) і залишкової деформації (5 -є!- М) в умовах наступного нагрівання вище температури початку знакозмінного динамічного тиску. зворотного мартенситного перетворення (Ап) ви- Поставлена технічна задача вирішується тим, значали методом триточкового згину. , що у сплав на основі нікель-титан з пам'яттю фор- Дослідження показали, що концентрація.
У ми, що містить нікель, титан, кобальт, залізо, кре- сплаві Та менше ніж 0,08 У5 мас. приводить до мній додатково введені тантал, срібло та ітрій при зниження величини загальної деформації під дією наступному співвідношенні хімічних компонентів зовнішнього навантаження.
Концентрація у сплаві (96 мас.): Та більше ніж 0,156 мас. викликає появу залиш- титан 44 00-45.45 кової деформації, що не зникає при нагріванні кобальт 0,15-0,25 сплаву вище температури кінця (Ак) зворотного тантал 0,08-0,15 мартенситного перетворення. залізо 0,06-0,15 кремній 0,05-0,12 срібло 0,03-0,10 ітрій 0,01-0,02
Таблиця 1 на о НН ее а Хімічні складові сплавів (95 мас.): мартенситного перетво- Мо спл суч, Результат рення (С): з | 5414 |4530|017|009|0131|0061|009)| 002 | 5 | 6 |24| 37 | Оптим. 4 |543о0|45ІЗз|олв|оло|ол2| 0071008 002 | 8 | о |25| з6 | Оптим. 5 | 5442 | 4500 |о0г2го|олі|олі|0081|0,07| бої | т10| о |25| з6 | Оптим. 6 | 5470 | 4471 |022|012|0091|009|006| пої |т12| 1 |25| 36 | Оптим. 7 |55490|4450|023|013|008|0101|005)| бої |т10| о |23| з5 | Оптим. 8 |5520|4419|024|014|007|0111|004| бої | 9 | 2 |22| з5 | Оптим. 9 | 5538 | 4400 |025|о015|006|0121|003| 01 | 6 | 4 |21| 34 | Оптим. ло | 55,бо | 43,77 | 026 | ов | бо |з |0002| 001 | о |-зо| то | зо | Незадов. сертифікат хімічного складу Моб733 по ТУ 1-809-394-84-ВІЛС від 26.05.1998 11 | 555 | 440 |ол2| - |о23|015| - | - | 2 | 25 | 18 45 712 | 551 | 445 05, - |оз|012| - | - | 3| 35 | 16 42 13 | 5Бо | 446 |0г2го| - |олі|009| - | - |-4| 45 | 13 40 14 | 5.8 | 448 |025| - |0бое|006| - | - |-з35| 55| ї0|з8 | 545 | 450 |ол2| - |004|003| - | - | -| - І -1-Ї Таблиця 2 Реактивні Час ви- Мо в, . . напруги в Залишкова тримки при Хімічні складові сплавів (9о мас.): ; деформація в о спл. точці Ак, : о 240 2С, МРа точці Ак, (90) годин Результат з |5414|4530|017|009|013Щ|0061009|0002| 50 | 15 | 200 | Оптим 5 |5442|4500|0г2о0|олі|ол1|008|007|001| 65 | ід | 200 | Оптим 6 |5470|4471|022|012|009|009| |001| 78 | ї0 | 200 | Оптим 7 |5490|4450|023|013|008|о0ло|005|001| 70 | ід | 200 | Оптим 8 |5520|4419|024|014|007|0л11|004|001| 60 | 12 | 200 | Оптим 9 |5538|4400|025|015|006|012|003|001| 48 | ї6 | 200 | Оптим сертифікат хімічного складу Моб733 по ТУ 1-809-394-84-ВІЛС від 26.05.1998 11 | 5551440 |о12| - |огз|оль| - | - | 12 | 183 | 20 (12 | 55 | 44,5|0и15| - |олз|ола| - | - | 14 | 167 | 2о 13550 | 446 |020| - |олі|0ое| - | - | 15 | 155 | 20 14 | 548 | 448 |025| - |009|0о6|Ї - | - | їз | 170 | 20 15545 | 450 |043| - |0о4|0оз3| - | -. | - | - | 2го Концентрація у сплаві Ад більше ніж 0,10 905 Порівняльний аналіз запропонованого техніч-
мас. викликає появу залишкової деформації, що ного рішення з відомим сплавом-прототипом пока- не зникає при нагріванні сплаву вище температури зав, що запропонований склад сплаву і співвідно- кінця (Ак) зворотного мартенситного перетворен- шення хімічних елементів в ньому, що ня, а менше приводить до підвищення крихкості відрізняється від відомого введенням нових хіміч- В фази. них компонентов, а саме Та, Ад та У, а відомі хімі- Концентрація у сплаві ітрію менше ніж 0,0195 чні компоненти Мі, Ті, Зі, Ге, Со мають межі, що мас. не підвищує механічну витривалість сплаву, а відрізняються від сплава-прототипа. Це забезпе- більше 0,02 95 мас. викликає підвищення твердості чило позитивний ефект при створенні нового та крихкості Д-фази, в результаті чого сплав при сплаву, підвищуючи одночасно дві основні харак- . . . 5 теристики, а саме, стабільність по реактивному відповідних деформаціях руйнується.
Вп й стійкості до ерозії у крові при хорошій видимості напруженню (сдк) в точці Ак силового елемента сплаву у рентгенівських променях. та збільшену загальну деформацією ( є дк ) У точці Таким чином, новий багатокомпонентний . . ше сплав (таблиця 1 та таблиця 2) на основі системи Ак без прогресуючої залишкової деформації й й й нікель-титан має наступні переваги перед існую- Ав! в -1,0-1,790 (у сплаві-прототипі чим: в 6-9 разів підвищена величина стабільної Ав - є! в -15,5-18,395). При цьому позитивний реактивної напруги (ойй) в точці кінця зворотного ефект сплаву полягає також у значному поліпшен- мартенситного перетворення (Ак). При цьому мак- ні механічних та (за рахунок введення хімічних симально знижено залишкову деформацію у 15-25 елементів, що інертні до живого організму) біологі- | 1 М чних властивостей, а саме, збільшення в декілька разів (Аб-є -є ) в умовах знакозмінного наван- разів опору радіальній деформації, при зовніш- таження. ньому навантаженні, а також високої біологічної сумісності з живими тканинами організму людини,
Комп'ютерна верстка Г.
Паяльніков Підписне Тираж 23 прим.
Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул.
Урицького, 45, м.
Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул.
Глазунова, 1, м.
Київ - 42, 01601