Нітінол: його застосування та властивості

Сплав нітінол – 55 відсотків нікелю і 45 відсотків титану – здатний “запам’ятовувати” надану йому форму і за відповідних умов повертатися до неї скільки завгодно разів. Цю чудову властивість називають ефектом пам’яті форми.

Якось був збудований двигун, що працює на… теплій воді. На вертикальній осі обертається колесо з нітинолу діаметром приблизно метр. До спиць колеса прикріплені підковоподібні деталі з нітинолу. Під колесом — ванни, що чергуються, з гарячою і холодною водою. Коли чергова підкова потрапляє в гарячу воду, вона розпрямляється, і частину енергії через нескладний механізм віддає на розкручування колеса. Потрапивши в холодну воду, нітинол знову набуває підковоподібної форми.

Енергетики вважають, що нітінолові двигуни зможуть перетворювати енергію економічніше, ніж ядерні реактори або фотоелектричні елементи. Структурні перетворення в нітинолі, що зумовлюють зміну його форми, відбуваються вже при перепаді температур всього кілька градусів. Наприклад, при перепаді температури від 10 до 19 градусів. Тут відкриваються нові та широкі можливості.

Часто теплу воду ТЕЦ та теплових електростанцій не можна ефективно використовувати, оскільки її температура не перевищує тридцяти градусів. А за допомогою нітінолових двигунів всю цю величезну, але «розріджену» і тому марну енергію можна перетворити на механічну.

Звичайно, нітінол ще надто дорогий, не налагоджено його масове виробництво. Співвідношення в сплаві нікелю та титану має бути абсолютно точним, у межах тисячних часток відсотка. Якщо в сплаві рівно 55 відсотків нікелю і 45 відсотків титану, його властивості виявляються вже при кімнатній температурі, а ледь помітна зміна відсоткового вмісту металів призводить до того, що сплав починає проявляти себе лише за температур вище ста градусів.

Але і сплави, які з прийнятними витратами можна робити вже сьогодні, мають дивовижні здібності. Смужка нітинолу шириною сантиметра і довжиною десять сантиметрів може при нагріванні розігнутися з силою 600-700 кілограмів. При цьому вміст нікелю може змінюватись від 54 до 56 відсотків, а перетворення відбуватиметься при перепаді температур від 40 до 60 градусів.

При швидкому нагріванні та охолодженні смужка нітинолу створюватиме ударні імпульси, достатні для дроблення каміння або бетону та взагалі для приведення в дію різних ударних механізмів. Вчені зробили «нітіноловий» інструмент, що нагадує пневматичний молоток. Нітинолову стрічку нагріли до 60 градусів і зігнули S-подібно, потім охолодили і, знову нагріли, але вже лише до сорока градусів, зігнули її в протилежному напрямку – I-подібно. Але щоб змінити форму, стрічці не уникнути проміжного положення, при якому вона випрямляється і виявляється довшою, ніж у крайніх положеннях. Тепер, якщо один кінець стрічки закріпити у верхній частині корпусу молотка, а до іншого приєднати бійок і стрічку то нагрівати, то охолоджувати, бійок метатиметься вгору-вниз, як і в пневматичному молоті.

При силі ударів, яка не поступається ударам пневматичного молота, новий інструмент, якому ще не вигадано відповідної назви, повинен споживати незрівнянно менше електроенергії в порівнянні з компресором, що дає стиснене повітря. Крім того, молоток з пам’яттю поменшає шуміти, оскільки вібрації поглинаються високим внутрішнім тертям у стрічці, властивій нітінолу. Молотки з нітинолом будуть простішими, надійнішими і дешевшими за пневматичні.

Використовуючи особливі властивості нітінолу, можна в принципі сконструювати різні пристрої для подачі деталей у верстатах, транспортні пристрої, захоплення, що відчувають тепло, для роботів, що штампують пристрої. Головне, що у всіх цих механізмах не буде деталей, що переміщаються і обертаються.