Файл: Реферат по патентному поиску.docx

Среди известных сплавов с ЭПФ наибольшее применение находят сплавы на основе системы TiNi. Никелид титана (TiNi) – это интерметаллическое соединения титана и никеля, область гомогенности которого колеблется от 2 до 5%. Температура плавления 1240º. В интервале температур +200 ÷ –150ºС в соединении TiNi происходят мартенситные превращения, характер и последовательность которых зависит от состава, обработки и условий проведения эксперимента.

Механические свойства сплавов на основе никелида титана меняются в широких пределах в зависимости от способа изготовления, легирования, термической и термомеханической обработки. Сплавы стойки к коррозии, износу, немагнитны, совместимы с биологическими тканями, обладают высокой способностью поглощать вибрацию (циклические нагрузки) за счет внутреннего трения, преобразовывая механическую энергию в тепло.

В последние годы в различных областях, таких как радиоэлектроника, авиационная технология и медицина отчетливо проявляется тенденция к одновременному уменьшению габаритов и повышению преодолеваемых усилий и производимой работы активным элементом с ЭПФ. Известным методом одновременного улучшения функциональных свойств и надежности сплава является измельчение структуры методами интенсивной пластической деформации (ИПД). Для этого применяют технологии равноканалного углового прессования (РКУП), кручения под давлением или используют варианты промышленных традиционных методов термомеханической обработки (ТМО), таких как ковка, прокатка и т.п. Один и тот же метод ТМО в зависимости от режима, может, как повысить, так и понизить функциональные и механические свойства сплава с ЭПФ, а также изменить характер термоупругого мартенситного превращения (ТМП).

2. Цель поиска

Целью поиска является анализ новшеств в области способов обработки сплавов на основе никелида титана с эффектом памяти формы.

3. Предмет поиска

Предметом патентного поиска является способ обработки сплавов на основе никелида титана с эффекто памяти формы.

4. Глубина поиска

Глубина поиска составляет 21 год, так как из расмотренных документов (заявки на изобретения) наиболее ранний датируется 9 июня 1995 г.

5. Страны поиска

Патентный поиск проводился по базе данных патентных документов Российской Федерации.

6. Классификационные индексы: МПК и УДК

Индексы МПК: C22F1/10, C22F1/18

C – Химия; металлургия;

C22 – Металлургия; сплавы черных или цветных металлов; обработка сплавов или цветных металлов;

C22F – Изменение физической структуры цветных металлов или их сплавов (способы термообработки сплавов на основе железа или сталей и устройства для термообработки металлов или сплавов C21D);

C22F1 – Изменение физической структуры цветных металлов или их сплавов термообработкой или горячей или холодной обработкой;

C22F1/10 – .никеля, кобальта или их сплавов;

C22F1/18 – .тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов.

Индекс УДК 669.245’295.

6 – Прикладные науки. Медицина. Технология;

66 – Химическая технология. Химическая промышленность. Пищевая промышленность. Металлургия. Родственные отрасли;

669 – Металлургия;

669.2 – Цветные металлы в целом;

669.24 – Никель и его сплавы;

669.245 – Никелевые сплавы;

669.29 – Различные металлы 4-й и 5-й групп периодической системы;

669.295 – Титан.

7. Перечень изученной патентной и информационной документации

В результате патентного поиска по базам данных патентных документов Российской Федерации (разделы: Полные тексты российских изобретений из трех последних бюллетеней (НИ), Заявки на российские изобретения (ЗИ), Рефераты российских изобретений (РИ)) были найдены следующие патентные документы:

Способ обработки сплавов титан-никель с содержанием никеля 49-51 ат.% с эффектом памяти формы и обратимым эффектом памяти формы (варианты) (№ 2476619) (РИ);
Способ обработки сплава никелид титана с эффектом памяти формы (№2382113) (РИ);
Способ обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана ТН-1 (№ 2451106) (РИ);
Способ обработки сплавов на основе никелида титана (№2173730) (РИ);
Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана (№ 2564772) (РИ);
Способ термической обработки сплавов на основе никелида титана (№ 1431353) (РИ).
Способ обработки устройства из сплава с запоминанием формы (№US5624508A);

Информационные документы, используемые для изучения информации по предмету патентного поиска:

Антонов А. Р. Сверхэластичные материалы с памятью формы в медицине [Текст] / А. Р. Антонов, Н. В. Суханова // Вестник новых медицинских технологий. – 2007. – Т. 13, № 2. – 107 с.
Гюнтер, В. Э. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения [Текст] / В.Э. Гюнтер, В. Н. Ходоренко, Ю. Ф. Ясенчук и др.; — Томск: изд–во МИЦ, 2006. – 296 с.
Калашников, В. С. Влияние термомеханической обработки и последеформационного отжига на фазовые переходы и функциональные свойства в интерметаллидных сплавах NiTi с эффектом памяти формы [Текст] / В. С. Калашников, В. В. Коледов, А. В. Петров и др. // Журнал радиоэлектроники. – 2016. – № 1. С. 1-14.
Лохов, В. А. Сплавы с памятью формы: применение в медицине. Обзор моделей, описывающих их поведение [Текст] / В. А. Лохов, Ю. И. Няшин, А. Г. Кучумов // Российский журнал биомеханики. – 2007. – Т. 11, № 3. – С. 9-27.

8. Перечень отобранной патентной документации

Для последующего анализа были отобраны 3 патента:

№	Страна поиска	МПК	Номер документа	Название	Сущность изобретения
1	Россия	C22F1/10	2382113	Способ обработки сплава никелид титана с эффектом памяти формы	Способ заключается в динамическом нагружении находящегося в мартенситном состоянии сплава никелид титана, которое осуществляют импульсным давлением с длительностью импульсов 3-5 мкс и их амплитудой 10-40 кН до получения относительной остаточной деформации 1-8%.
2	Россия	C22F1/18	2173730	Способ обработки сплавов на основе никелида титана	Способ предусматривает динамическое нагружение образца с постоянной скоростью задания формы, поддерживаемой в интервале 1-10 м/с. Техническим результатом изобретения является увеличение коэффициента обратимого формовосстановления до 3,3%.
3	Россия	C22F1/18	1431353	Способ термической обработки сплавов на основе никелида титана	Сплавы подвергают нагреву до 650 - 1000°С, выдерживают при этой температуре 1 - 10 ч, после чего охлаждают со скоростью 0,4 - 120°С/с. Способ обеспечивает сужение температурных интервалов мартенситного превращения и восстановления формы в 2 - 2,5 раза, а степень восстановления формы повышается на 10 - 20%.

9. Анализ изученной документации

Способ обработки сплава никелид титана с ЭПФ, описанный в патенте №2382113, реализуется с помощью методики магнитно-импульсного воздействия. При исследовании достижимости технического результата, достигаемого заявленным способом, был использован сплав на основе никелида титана состава, близкого к эквиатомному. Проволочные образцы диаметром 2 мм отжигали при температуре 500°С в течение 1 часа, а затем охлаждали с печью до комнатной температуры. Температура М_к окончания прямого мартенситного превращения в этом случае равнялась 36,5°С. Затем образцы подвергали деформированию в мартенситном состоянии в режиме трехточечного изгиба импульсным усилием, генерируемым электромагнитной установкой. Длина образцов равнялась 35 мм, расстояние между опорами равнялось 30 мм. Далее образцы нагревали через интервал температур обратного мартенситного превращения и измеряли возвращаемый за счет ЭПФ прогиб, и вычисляли коэффициент К_эпф по указанному выше соотношению (К_эпф = возврат за счет ЭПФ / остаточный прогиб).

Способ обработки, описанный в патенте №2173730, близок к вышеописанному способу. Образец из сплава никелида титана ТН1 подвергают динамическому нагружению на вертикальном копре с падающим грузом. Скорость нагружения поддерживалась 3 м/с и была постоянной. Величину деформации задают 6%. Нагружение проводят при комнатной температуре. При последующем нагреве образец восстанавливает 5,5% длины, при этом 0,5% - величина остаточной деформации. При последующем термоциклировании в диапазоне температур от 10^oC до 90^oC образец сокращается при нагревании на 3,3% и удлиняется при охлаждении на эту же величину.

Способ обработки, описанный в патенте №1431353, направлен на уменьшение температурных интервалов обратного мартенситного превращения и восстановления формы, а также повышение степени восстановления формы. По предложенному способу обрабатывали сплав Ti 50,6 ат. Ni. Нагрев проводили до 700^оС. Скорость охлаждения (V_охл) варьировали, используя различные среды: контейнер с песком (0,4^о С/с); струя воздуха (10%), масло (120^оС/с). Предложенный способ обеспечивает сужение температурных интервалов мартенситного превращения и восстановления формы в 2-2,5 раза, а степень восстановления формы повышается на 10-20%.

10. Выводы по отчету о патентном поиске

Способ обработки сплава никелид титана, описанный в патенте №2382113, является более эффективным по сравнению со способом, описанным в патенте №2173730, т.к. недостатком данного способа является то, что он направлен на повышение только обратимой памяти формы. Способ является трудоемким и сложным в реализации за счет необходимости использования дополнительных устройств, которые могли бы обеспечить требование постоянства скорости нагружающего элемента, представленного в примере конкретной реализации в виде, в частности, падающего груза вертикального копра.

Кроме того, следует учесть, что при различных размерах образца с ЭПФ скорость его деформирования будет различна при одной и той же скорости нагружающего элемента. Помимо этого задание формы в способе обработки, описанном в патенте №2173730, обычно проводят в аустенитном состоянии выше температуры А_к, что существенно осложняет технологию и не способствует повышению однократного эффекта памяти формы, поскольку непосредственно после этого сразу же требуется дополнительное деформирование. Способ обработки патента №2382113 лишен этих недостатков, следовательно, он имеет гораздо большие преимущества перед своим аналогом.

Целью изобретения патента №1431353 является уменьшение температурных интервалов обратного мартенситного превращения и восстановления формы, а также повышение степени восстановления формы. Это достигается путем нагрева до 700ºС и выдержке при этой температуре в течение 1-10 ч, и обе характеристики метода проведения данной обработки выше, чем в способе (№2382113), где нагрев проводили при температуре 500ºС и выдерживали всего лишь 1 ч. Следовательно, в технологическом плане второй способ (№2382113) является наиболее простым.

Если сравнивать степень восстановления формы в каждом случае, то наибольшую возможность возвращать свою форму имеет сплав, обработанный по способу патента №2382113 (92-99%), за ним идет способ патента №2173730 (96,7%), который ни чуть не уступает вышеуказанному. И, наконец, способ обработки патента №1431353 дает возможность в немного меньших пределах возвращать исходную форму сплава (86-95%).

Таким образом, можно сделать вывод, что способ, описанный в патенте №2382113, имеет лучшие (из анализируемых способов обработки) технологические характеристики и методы получения максимальной степени восстановления формы.

II. Изучение структуры и содержания документа «Описание изобретения»

Рассмотрим структуру и содержание документа «Описание изобретения», входящего в заявку на получение патента на изобретение №2382113 «Способ обработки сплава никелид титана с эффектом памяти формы».

Название

Способ обработки сплава никелид титана с эффектом памяти формы

Область техники

Изобретение относится к обработке материалов с эффектом памяти формы и машиностроению и используется для увеличения эффекта памяти формы путем повышения коэффициента возврата деформации при реализации эффекта памяти формы.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ обработки сплавов с эффектом памяти формы, заключающийся в переводе сплава в полностью мартенситное состояние из исходного аустенитного состояния охлаждением до температуры ниже температуры М_к окончания прямого мартенситного превращения, последующего квазистатического деформирования и разгрузки с образованием остаточной неупругой деформации _ост (Фиг.1).

На Фиг.1 для полноты картины приведена и температура М_н - температура начала прямого мартенситного превращения. Собственно эффект памяти формы будет проявляться во время нагревания через интервал А_н-А_к температур начала и окончания обратного мартенситного превращения и заключаться в частичном возврате предварительно заданной остаточной неупругой деформации. В редких случаях наблюдается абсолютно полный возврат деформации, например, в монокристаллах сплавов на медной основе. Однако известный способ дает невысокий коэффициент возврата формы. Недостатком способа обычно является то, что коэффициент К_эпф возврата деформации, происходящего за счет ЭПФ, и вычисляемый как отношение возвращаемой деформации _эпф к предварительной остаточной неупругой деформации _ост(К_эпф=_эпф/_ост), заметно меньше единицы.

Из уровня техники также известен способ обработки изделий из сплавов с ЭПФ на основе никелида титана для получения низкотемпературной обратимой памяти формы. Способ включает в себя деформирование в мартенситном состоянии, осуществляемое путем одностороннего электрохимического наводороживания в растворе серной кислоты при комнатной температуре, а разгрузку осуществляют выдержкой до полного удаления водорода. Цель изобретения - снижение трудоемкости. После таких процедур при первом нагревании никелида титана через интервал обратного мартенситного превращения реализуется обычный эффект памяти формы, и только во время последующего термоциклирования наблюдается эффект обратимой памяти формы. По описанному способу в примерах реализации значение максимальной обратимой деформации было равно 1,8%, при том что предварительная деформация при наводороживании имела значение «около 4%». Таким образом, при первом нагреве при реализации обычного однократного эффекта памяти формы коэффициент возврата деформации К_эпф составлял 0,45. Однако известный способ дает незначительный коэффициент возврата формы, а также он является трудоемким, что связано с применением химических процессов и необходимостью принятия мер безопасности.