Aprendiz de Química

La aleación de metal Nitinol es una de las aleaciones más útiles utilizadas para diversos fines. Tiene numerosas e importantes aplicaciones médicas.

¿Qué es el nitinol?

Es una aleación metálica de níquel y titanio con algunas propiedades únicas. También se conoce como níquel-titanio. Esta aleación presenta la superelasticidad o pseudoelasticidad y las propiedades de memoria de forma. Esto significa que este metal único puede recordar su forma original y muestra una gran elasticidad bajo tensión.

Composición del nitinol

Esta aleación metálica está compuesta por níquel y titanio. Contiene estos dos elementos en porcentajes atómicos aproximadamente iguales. El níquel es un conocido alérgeno y también podría tener propiedades cancerígenas. Por este motivo, el contenido de níquel de esta aleación ha suscitado una gran preocupación sobre su utilidad en la industria médica.

Producción de nitinol

Para fabricar esta aleación se requiere un control de composición extremadamente estricto. Por esta razón es muy difícil preparar esta aleación. La extraordinaria reactividad del titanio es otro obstáculo en su preparación. En la actualidad se utilizan dos métodos principales de fusión para este fin:

• Refusión por arco eléctrico al vacío: En este método, se produce un arco eléctrico entre una placa de cobre refrigerada por agua y las materias primas. Se utiliza un molde de cobre refrigerado por agua para fundir los componentes en alto vacío para evitar la introducción de carbono.
• Fundición por inducción en vacío: Las materias primas se calientan en un crisol de carbono utilizando campos magnéticos alternos. Esto también se consigue en alto vacío; sin embargo, en este proceso se introduce carbono.

Imagen 1 – Nitinol

No existen datos considerables que demuestren que el producto de un método sea mejor que el del otro. Ambos métodos tienen diferentes ventajas que ofrecer. Otros métodos como la fusión del cráneo por inducción, la fusión por arco de plasma y la fusión por haz electrónico también se utilizan para este fin a escala de boutique. El proceso de deposición física de vapor también se utiliza en los laboratorios.

Símbolo del nitinol

Esta aleación metálica se denota por los símbolos de sus metales constituyentes. La fórmula de esta aleación es NiTi.

Historia del nitinol

Este material obtuvo su nombre de sus constituyentes y de su lugar de descubrimiento. En 1962, William J. Buehler y Frederick Wang descubrieron por primera vez las propiedades únicas de este metal en el Laboratorio de Artillería Naval.

La comercialización de esta aleación no fue posible hasta una década después. Este retraso se debió principalmente a la dificultad de fundir, mecanizar y procesar el material.

Propiedades del nitinol

Las propiedades de memoria de forma y superelasticidad son las más singulares de esta aleación. La propiedad de memoria de forma permite a este metal «recordar» su forma original y mantenerla cuando se calienta por encima de su temperatura de transformación. Esto se debe a las diferentes estructuras cristalinas del níquel y el titanio. Este metal pseudoelástico también muestra una increíble elasticidad que es aproximadamente de 10 a 30 veces más que la de cualquier metal ordinario.

Aquí hay algunas propiedades físicas y mecánicas básicas de esta aleación:

Propiedades físicas

Aspecto: es un metal plateado brillante.

Densidad: La densidad de esta aleación es de 6,45 gm/ cm3

Punto de fusión: Su punto de fusión es de unos 1310 °C.

Resistividad: Tiene una resistividad de 82 ohm-cm en temperaturas altas y de 76 ohm-cm en temperaturas bajas.

Conductividad térmica: La conductividad térmica de este metal es de 0,1 W/ cm-°C.

Capacidad calorífica: Su capacidad calorífica es de 0,077 cal/ gm-°C.

Calor latente: este material tiene un calor latente de 5,78 cal/ gm.

Susceptibilidad magnética: Su susceptibilidad magnética es de 3,8 emu- gm a altas temperaturas y de 2,5 a bajas temperaturas.

Propiedades mecánicas

Resistencia última a la tracción: La resistencia última a la tracción de este material oscila entre 754 y 960 MPa.

Alargamiento Típico a la Fractura: 15,5 por ciento

Resistencia a la rotura típica: 560 MPa a alta temperatura; 100 MPa a baja temperatura

Módulo elástico aproximado: 75 GPa a alta temperatura; 28 GPa a baja temperatura

Relación de Poisson aproximada: 0,3

Fabricación de dispositivos de nitinol

El trabajo en caliente de este material es relativamente fácil que el trabajo en frío. La enorme elasticidad de este material dificulta el trabajo en frío al aumentar el contacto de los rodillos. Esto provoca un desgaste extremo de la herramienta y una resistencia a la fricción. Estas razones también hacen que el mecanizado de esta aleación sea extremadamente difícil. El hecho de que este material tenga una mala conductividad térmica no ayuda en este propósito. Es relativamente fácil realizar el rectificado, el corte por láser y el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) en este metal.

El tratamiento térmico de este material es muy crítico y delicado. La combinación de tratamiento térmico y trabajo en frío es importante para controlar las propiedades útiles de este metal.

Alambres de nitinol

El nitinol se utiliza para fabricar alambres para actuadores con memoria de forma utilizados para numerosos fines industriales. Este alambre se utiliza para alambres guía, estiletes y limas de ortodoncia. Este alambre es ideal para aplicaciones que requieren altas tensiones de carga y descarga, así como para monturas de gafas y antenas de telefonía móvil. Sin embargo, los principales usos de este alambre son en stents y cestas de recuperación de piedras.

Stent de nitinol

Esta aleación se utiliza para la fabricación de stents endovasculares que son muy útiles en el tratamiento de diversas enfermedades del corazón. Se utiliza para mejorar el flujo sanguíneo insertando un stent de níquel-titanio colapsado en una vena y calentándolo. Estos stents también se utilizan como sustituto de las suturas.

Canasta de Nitinol

Las cestas de alambre de níquel-titanio son muy adecuadas para muchas aplicaciones médicas, ya que es más elástico y menos colapsable que muchos otros metales. Este instrumento en forma de cesta es muy útil para la vesícula biliar.

Usos del nitinol

Estas son algunas de las principales aplicaciones de la aleación metálica de nitinol:

Aplicaciones médicas

• Esta aleación es muy útil en odontología, especialmente en ortodoncia para los alambres y brackets que conectan los dientes. Sure Smile (un tipo de brackets) es un ejemplo de su aplicación ortodóntica.
• También se utiliza en endodoncia, principalmente durante las endodoncias, para limpiar y dar forma a los conductos radiculares.
• En cirugía colorrectal, se utiliza en diversos dispositivos con el fin de reconectar el intestino después de eliminar la patología.
• Las endoprótesis de nitinol son otra aplicación importante de este metal en medicina.
• Sus propiedades biocompatibles hacen que sea útil en los implantes ortopédicos.
• Los alambres de nitinol pueden utilizarse para marcar y localizar tumores de mama.
• El uso de tubos de nitinol para diversos fines médicos es cada vez más popular.

Usos industriales

• Los alambres de nitinol se utilizan en modelos de motores térmicos hechos con fines de demostración.
• Este material se utiliza en controles de temperatura. Sus propiedades de cambio de forma pueden utilizarse para activar una resistencia variable o un interruptor para controlar la temperatura.
• Este metal se utiliza a menudo en los resortes de los relojes mecánicos.
• Se utiliza como brazo de micrófono o una antena retráctil en la tecnología de los teléfonos móviles por su naturaleza mecánica y de memoria flexible.
• El resorte de nitinol se utiliza en varias industrias con el fin de utilizar las propiedades superelásticas de este metal.
• Las láminas de nitinol se utilizan para el punzonado, el estampado y la embutición profunda.

Otros usos

• También se utiliza como inserto para palos de golf por sus capacidades de cambio de forma.
• Es una opción popular para hacer marcos de vidrio extremadamente resistentes.
• El nitinol se utiliza para fabricar cucharas que se doblan solas, utilizadas en espectáculos de magia.

Disponibilidad de nitinol

El titanio de níquel está disponible en varias formas, como alambres, tubos, láminas y muelles. NDC es uno de los principales fabricantes y proveedores de esta aleación metálica. Sin embargo, hay muchos otros proveedores de alambres, tubos, muelles, etc. de Nitinol. También se pueden encontrar diferentes formas de este metal en línea a precios razonables.

El nitinol se cuenta entre las aleaciones metálicas más útiles con numerosas aplicaciones industriales y médicas. Suele ser la mejor opción para muchas aplicaciones que requieren un enorme movimiento y flexibilidad. Sin embargo, este material ha mostrado fallos por fatiga en muchas aplicaciones exigentes. Los expertos están trabajando intensamente con el fin de definir los límites de durabilidad de esta aleación metálica.