Wie kann Nitinol eine Sprinkleranlage einschalten?
Eine Nickel-Titan-Legierung, auch Nitinol genannt, ist eine binäre Legierung, die aus Nickel und Titan besteht. Die beiden Elemente haben ungefähr den gleichen Atomprozentsatz (Nitinol 55 und Nitinol 60 sind üblich). Aufgrund von Temperaturschwankungen und mechanischem Druck weist Nitinol zwei verschiedene Kristallstrukturphasen auf, nämlich die austenitische Phase und die martensitische Phase.
Bei Nitinol wird der Austenit als Mutterphase bezeichnet, das ist die Kristallphase, die die Legierung bei hohen Temperaturen aufweist. Wenn die Temperatur sinkt, wandelt sich der Austenit allmählich in Martensit (Unterphase) um.
Bei der Umwandlung von Martensit in Austenit gibt es vier Arten von Temperaturen:
As: die Temperatur, bei der die Umwandlung von Martensit in Austenit während des Temperaturanstiegs beginnt.
Af: die Temperatur, bei der die Umwandlung von Martensit in Austenit während des Temperaturanstiegs abgeschlossen ist.
Ms: die Temperatur, bei der die Umwandlung von Austenit in Martensit während des Temperaturabfalls beginnt.
Mf: die Temperatur, bei der die Umwandlung von Austenit in Martensit während des Temperaturabfalls abgeschlossen ist.
Die Phasenumwandlung von Nitinol hat eine thermische Hysterese, daher ist As nicht gleich Mf, und aus demselben Grund ist Af nicht gleich Ms.
Nitinol hat zwei Eigenschaften: Formgedächtniseffekt (SME) und Superelastizität (SE).
1. Formgedächtnis
Der Formgedächtniseffekt tritt auf, wenn die Mutterphase einer bestimmten Form von einer Temperatur oberhalb der Af-Temperatur auf eine Temperatur unterhalb der Mf-Temperatur abgekühlt wird und sich vollständig in Martensit umwandelt, wobei der Martensit unterhalb der Mf-Temperatur verformt wird. Nach der Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb der Af-Temperatur nimmt das Material durch Phasenumkehr automatisch wieder die Form der Mutterphase an. Der Formgedächtniseffekt ist in der Tat ein thermisch induzierter Phasenübergangsprozess von Nitinol. Er bezieht sich auf die Fähigkeit von Nitinol, sich bei einer bestimmten Temperatur zu verformen und dann die ursprüngliche, nicht verformte Form wiederherzustellen, wenn die Temperatur höher ist als seine "Übergangstemperatur".
2. Superelastizität
Die so genannte Superelastizität bezieht sich auf das Phänomen, dass die Probe unter Einwirkung äußerer Kräfte eine Dehnung erzeugt, die weit über der elastischen Grenzdehnung liegt, und dass sich die Dehnung bei Entlastung automatisch zurückbilden kann. In der Mutterphase löst die Dehnung aufgrund der Einwirkung äußerer Spannungen einen martensitischen Phasenübergang aus, so dass die Legierung ein mechanisches Verhalten zeigt, das sich von dem gewöhnlicher Werkstoffe unterscheidet. Ihre Elastizitätsgrenze ist viel größer als die von gewöhnlichen Werkstoffen. Außerdem folgt sie nicht mehr dem Hooke'schen Gesetz. Im Vergleich zum Formgedächtniseffekt ist bei der Superelastizität keine Wärme erforderlich.
