Jak funguje nitinolový drát?

Nitinolový drát je typ slitiny s tvarovou pamětí (SMA), která vykazuje jedinečné vlastnosti, jako je superelasticita a efekt tvarové paměti. Tyto vlastnosti vyplývají z jedinečné krystalové struktury nitinolu, která mu umožňuje za určitých podmínek podstoupit reverzibilní fázovou přeměnu.

Při vysokých teplotách existuje nitinolový drát v austenitové fázi, což je vysoce uspořádaná krystalická struktura. Když je drát ochlazen pod určitou teplotu, nazývanou počáteční teplota martenzitu, prochází fázovou transformací na fázi martenzitu, což je méně uspořádaná krystalová struktura. V této fázi lze drát snadno deformovat a po odstranění deformace si zachová svůj nový tvar. Když se však drát zahřeje nad konečnou teplotu martenzitu, podstoupí druhou fázovou transformaci zpět do austenitové fáze a vrátí se do svého původního tvaru.

Vezměme si jako příklad 45-stupňový vysokoteplotní nitinolový drát. Když se tento drát zahřeje na teplotu austenitové fáze (nad 500 stupňů), zcela se narovná. Pokud se poté ochladí na pokojovou teplotu a přitom se drží rovně, zachová si svůj rovný tvar, protože je ve fázi martenzitu. Pokud se však drát ohne nebo omotá kolem válce v austenitové fázi a poté se ochladí na pokojovou teplotu, zachová si svůj deformovaný tvar. Když se drát znovu zahřeje na teplotu austenitové fáze, vrátí se do původního rovného tvaru.

Podívejme se nyní na scénář, kdy je {{0}}stupeň nitinolového drátu ochlazen pod svou konečnou teplotu martenzitu (kolem -10 až 0 stupňů), zatímco je ohýbán nebo omotáván kolem válce. V tomto případě si drát zachová svůj deformovaný tvar, i když je zahřátý na teplotu austenitové fáze, protože prošel trvalou deformací v důsledku martenzitické fázové transformace. Proto se drát nevrátí do původního rovného tvaru ani při vysokých teplotách.

Podobně, pokud je drát ohnut nebo svázán do uzlu v austenitové fázi a poté ochlazen na pokojovou teplotu, zachová si svůj deformovaný tvar, i když je opět zahřát na teplotu austenitové fáze. Je to proto, že trvalou deformaci způsobenou uzlem nelze vrátit zpět martenzitovou fázovou transformací.

Závěrem lze říci, že pracovní princip vysokoteplotního nitinolového drátu je založen na jeho reverzibilní fázové transformaci mezi austenitovou a martenzitickou fází, což mu umožňuje vykazovat superelasticitu a efekt tvarové paměti. Pokud je však drát vystaven trvalé deformaci v martenzitické fázi, nebude schopen obnovit svůj původní tvar ani při vysokých teplotách.