Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Представлены собственные и литературные данные по характеристикам упругих свойств кристаллов биосовместимых сплавов на основе никелида титана (нитинола) TiNi с памятью формы, получивших широкое применение в науке, технике и медицине. Оценивали упругие постоянные cij, коэффициенты податливости sij, коэффициенты Пуассона μmin, μmax, <μ> и упругой анизотропии A, полученные опытным и расчетным путем. Численные значения исследованных параметров детально проанализированы с точки зрения описательной статистики. Для визуализации различий упругих характеристик применены диаграммы “box and whiskers” и диаграмма с областями. Знание упругих постоянных кристаллической решетки TiNi и сплавов на его основе позволило рассчитать значения макроскопических упругих модулей E и G, коэффициента Пуассона μ и их ориентационную зависимость. На основании анализа данных сделан вывод о том, что низкий уровень упругих свойств сплавов на основе TiNi (нитинола) может быть использован, например, при разработке бионических протезов для медицины.
биосовместимые сверхэластичные сплавы с памятью формы, TiNi, упругие постоянные, коэффициент Пуассона, ауксетики
1. Муслов С.А. Предмартенситные состояния в монокристаллах сплавов TiNi-TiFe и TiNi-TiCu: (01.04.07). Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Том. гос. ун-т им. В.В. Куйбышева, 1987, 166 с.
2. Nye J.F. Physical Properties of Crystals: Their Representation by Tensors and Matrices. Clarendon Press, 1985, 329 p.
3. Муслов С.А., Лотков А.И., Арутюнов С.Д. Экстремумы упругих свойств кубических кристаллов. Известия ВУЗов. Серия Физика, 2019, т. 62, № 8 (740), с. 102-111.
4. Wojciechowski K.W. Poisson’s ratio of anisotropic system. Computational methods in science and technology, 2005, vol. 11, no. 1, pp. 73-79.
5. Муслов С.А., Лотков А.И., Тимкин В.Н. Коэффициент Пуассона TiNi. Перспективные материалы, 2021, № 12, с. 5-20.
6. Wang X.F. et al. Extreme Poisson's ratios and their electronic origin in B2 CsCl-type AB intermetallic compounds. Physical review B, 2012, vol. 85, 134108.
7. Hatcher N., Kontsevoi O.Y., Freeman A.J. Martensitic transformation path of NiTi. Phys. Rev. B, 2009, vol. 80, 144203.
8. Bihlmayer G., Eibler R., Neckel A. Elastic properties of B2-NiTi and B2-PdTi. Phys. Rev. B, 1994, vol. 50, 13113.
9. Mercier O., Melton K.N., Gremaud G., Hagi J. Single-crystal elastic constants of the equiatomic NiTi alloy near the martensitic transformation. J. Appl. Phys., 1980, vol. 51, 1833.
10. Gaillac R., Coudert F.-X. Elastic tensor analysis. Электронный ресурс. URL: http://progs.coudert.name/elate/mp?query=mp-571.
11. Кузнецов А.В., Муслов С.А., Лотков А.И., Хачин В.Н., Гришков В.Н., Пушин В. Г. Упругие постоянные TiNi вблизи мартенситных превращений. Известия вузов. Серия Физика, 1987, № 7, с. 98-99.
12. Ren X., Taniwaki K., Otsuka K., Suzuki T., Tanaka K., Chumlyakov Yu.I. Elastic constants of Ti50Ni30Cu20 aloy prior to martensitic transformation. Philosophical Magazine A, 1999, vol. 79, no. 1, pp. 31-41.
13. Ren X., Miura N., Zhang J. Otsuka K., Tanaka K., Koiwa M., Suzuki T., Chumlyakov Yu.I. A comparative study of elastic constants of Ti-Ni-based alloys prior to martensitic transformation. Mat. Sci. Eng. A, 2001, vol. 312, pp. 196-206.
14. Sestak P. et al. The elastic constants of austenitic and martensitic phases of NiTi shape memory alloy. Pp. 120-124.
15. Zengetal Z.-Y. First-principles determination of the structure, elastic constant, phase diagram and thermodynamics of NiTi alloy. Physica B, 2010, vol. 405, pp. 3665-3672.
16. Wagner M.F.-X., Windl W. Lattice stability, elastic constants and macroscopic moduli of NiTi martensites from first principles. Acta Mater, 2008, vol. 56, pp. 6232-6245.
17. Huang X., Bungaro C., Godlevsky V., Rabe K.M. Lattice instabilities of cubic NiTi from first principles. Phys.Rev. B, 2001, vol. 65, 014108.
18. Lai W.S., Liu B.X. Lattice stability of some Ni-Ti alloy phases versus their chemical composition and disordering. J. Phys.: Condens. Matter, 2000, vol. 12, no. L53.
19. Lu J.-M., Hu Q.-M., Yang R. Composition-dependent elastic properties and electronic structures of off-stoichiometric TiNi from first-principles calculations. Acta Mater, 2008, vol. 56, no. 4913.
20. Ye Y.Y., Chan C.T., Ho K.M. Structural and electronic properties of the martensitic alloys TiNi, TiPd, and TiPt. Phys.Rev. B, 1997, vol. 56, no. 3678.
21. Fang Yu et al. First-Principles Calculations of Structural, Mechanical, and Electronic Properties of the B2-Phase NiTi Shape-Memory Alloy Under High Pressure. Computation, 2019, vol. 7, no. 57.
22. Haskins J.B., Lawson J.W. Finite temperature properties of NiTi from first principles simulations: Structure, mechanics, and thermodynamics. J. Appl. Phys., 2017, vol. 121, 205103.
23. Cheng D.Y., Zhao S.J., Wang S.Q., Ye H.Q. First-principles study of the elastic properties and electronic structure of NiTi, CoTi and FeTi. Philos. Mag. A, 2001, vol. 81, pp. 1625-1632.
24. Hu Q.M., Yang R., Lu J.M., Wang L., Johansson B., Vitos L. Effect of Zr on the properties of (TiZr)Ni alloys from first-principles calculations. Phys. Rev. B, 2007, vol. 76, 224201.
25. Yin J.Y. et al. Micromechanism of Cu and Fe alloying process on the martensitic phase transformation of NiTi-based alloys. Journal of Structural Chemistry, 2015, vol. 56, no. 6, pp. 1051-1057.
26. Tan C.L., Tian X.H., Cai W. Phys. B (Amsterdam, Neth.), 2009, vol. 404, pp. 3662-3665.
27. Епишин А.И., Лисовенко Д.С. Экстремальные значения коэффициента Пуассона кубических кристаллов. Журнал технической физики, 2016, т. 86, вып. 10, с. 74-82.
