鎳鈦合金的性能及形狀記憶特性

鎳鈦合金是由鎳和鈦組成二元合金，由于受到溫度和機械壓力的改變而存在兩種不同的晶體結構相，即奧氏體相和馬氏體相。鎳鈦合金冷卻時的相變順序為母相（奧氏體相）-R相-馬氏體相。R相是菱方形，奧氏體是溫度較高（大于同樣地:即奧氏體開始的溫度）的時候，或者去處載荷（外力去除Deactivation）時的狀態(tài)，立方體，堅硬。形狀比較穩(wěn)定。而馬氏體相是溫度相對較低（小于Mf:即馬氏體結束的溫度）或者加載（受到外力活化）時的狀態(tài)，六邊形，具有延展性，反復性，不太穩(wěn)定，較易變形。

鎳鈦合金的特殊性能：
1、形狀記憶特性（shapememory）形狀記憶是當一定形狀的母相由Af溫度以上冷卻到Mf溫度以下形成馬氏體后，將馬氏體在Mf以下溫度形變，經(jīng)加熱至Af溫度以下，伴隨逆相變，材料會自動恢復其在母相時的形狀。實際上形狀記憶效應是鎳鈦合金的一個由熱誘發(fā)的相變過程。
2、超彈性(superelastic)所謂的超彈性是指試樣在外力作用下產(chǎn)生遠大于起彈性極限應變量的應變，在卸載時應變可自動恢復的現(xiàn)象。即在母相狀態(tài)下，由于外加應力的作用，導致應力誘發(fā)馬氏體相變發(fā)生，從而合金表現(xiàn)出不同于普通材料的力學行為，它的彈性極限遠遠大于普通材料，并且不再遵守虎克定律。和形狀記憶特性相比，超彈性沒有熱參與。總而言之，超彈性是指在一定形變范圍內應力不隨應變的增大而增大，可將超彈性分為線性超彈性和非線性超彈性兩類。前者的應力-應變曲線中應力與應變接近線性關系。非線性超彈性是指在Af以上一定溫度區(qū)間內加載和卸載過程中分別發(fā)生應力誘發(fā)馬氏體相變及其逆相變的結果，因此非線性超彈性也稱相變偽彈性。鎳鈦合金的相變偽彈性可達8%左右。鎳鈦合金的超彈性可隨著熱處理的條件的變化而改變，當弓絲被加熱到400oC以上時，超彈性開始下降。
3、口腔內溫度變化敏感性：不銹鋼絲和CoCr合金牙齒矯形絲的矯治力基本不受口腔內溫度的影響。超彈性鎳鈦合金牙齒矯形絲的矯治力隨口腔溫度的變化而變化。當變形量一定時。溫度升高，矯治力增加。一方面，它可以加速牙齒的運動，這是因為口腔內的溫度變化會刺激由于矯治器件造成造成毛細滯息的血流停滯部位的血液流動，從而使得在牙齒移動過程中修復細胞得到充分營養(yǎng)，維持其生機和正常功能。另一方面，正畸醫(yī)生無法精確控制或測量口腔環(huán)境下的矯治力。
4、抗腐蝕性能：有研究表明鎳鈦絲的抗腐蝕性能與不銹鋼絲相仿
5、抗毒性：鎳鈦形狀記憶合金特殊的化學組成,即這是一種鎳鈦等原子合金,含約50%的鎳,而已知鎳有致癌和促癌作用。一般情況情況下，表面層鈦氧化充當了一種屏障，使Ni-Ti合金具有良好的生物相容性。表面層的TiXOy和TixNiOy能抑制Ni的釋放。
6、良好的減震特性：由于咀嚼及夜磨牙對于弓絲造成的震動越大，對牙根及牙周組織的損害越大。通過不同弓絲衰減實驗的結果研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼絲震動的振幅比超彈性鎳鈦絲大，超彈性鎳鈦弓絲初始震動振幅僅為不銹鋼絲的一半,弓絲良好的震動和減震特性對于牙齒的健康很重要，而傳統(tǒng)弓絲如不銹鋼絲，有加重牙根吸收的傾向。
7、柔和的矯治力：目前商業(yè)上應用的牙齒矯形金屬絲包括奧氏體不銹鋼絲、鈷-鉻-鎳合金絲、鎳鉻合金絲、澳大利亞合金絲、金合金絲和鈦合金絲。關于這些正畸矯正金屬絲在拉伸試驗和三點彎曲試驗條件的載荷-位移曲線。鎳鈦合金的卸載曲線平臺最低也最平，說明它最能提供持久柔和的矯治力。