Kemian oppija

Nitinoli-metalliseos on yksi hyödyllisimmistä metalliseoksista, joita käytetään eri tarkoituksiin. Sillä on lukuisia tärkeitä lääketieteellisiä sovelluksia.

Mitä on nitinoli?

Se on nikkeli-titaanimetalliseos, jolla on joitakin ainutlaatuisia ominaisuuksia. Se tunnetaan myös nimellä nikkelititaani. Tällä seoksella on superelastisuus tai pseudoelastisuus ja muotomuistiominaisuudet. Se tarkoittaa, että tämä ainutlaatuinen metalli voi muistaa alkuperäisen muotonsa ja osoittaa suurta elastisuutta rasituksessa.

Nitinolin koostumus

Tämä metalliseos koostuu nikkelistä ja titaanista. Se sisältää näitä kahta alkua suunnilleen yhtä suurina atomiprosentteina. Nikkeli on tunnettu allergeeni ja sillä saattaa olla myös syöpää aiheuttavia ominaisuuksia. Tästä syystä tämän metalliseoksen nikkelipitoisuus on herättänyt suurta huolta sen käyttökelpoisuudesta lääketeollisuudessa.

Nitinolin valmistus

Tämän metalliseoksen valmistaminen edellyttää erittäin tiukkaa koostumuksen valvontaa. Tästä syystä tämän seoksen valmistaminen on hyvin vaikeaa. Titaanin poikkeuksellinen reaktiivisuus on toinen este sen valmistukselle. Tähän tarkoitukseen käytetään tällä hetkellä kahta ensisijaista sulatusmenetelmää:

• Tyhjiökaarisulatus: Tässä menetelmässä valokaari sytytetään vesijäähdytetyn kuparisen iskulevyn ja raaka-aineiden väliin. Vesijäähdytteistä kuparimuottia käytetään ainesosien sulattamiseen korkeassa tyhjiössä hiilen kulkeutumisen estämiseksi.
• Tyhjiöinduktiosulatus: Raaka-aineet kuumennetaan hiiliupokkaassa vaihtuvien magneettikenttien avulla. Tämäkin tapahtuu korkeassa tyhjiössä; tässä prosessissa hiiltä kuitenkin lisätään.

Kuva 1 – Nitinoli

Ei ole olemassa huomattavia määriä tietoja, jotka osoittaisivat, että jommankumman menetelmän tuote olisi parempi kuin toinen. Molemmilla menetelmillä on erilaisia etuja. Myös muita menetelmiä, kuten induktiokallosulatusta, plasmakaarisulatusta ja sähkösuihkusulatusta, käytetään tähän tarkoitukseen putiikin mittakaavassa. Fysikaalista höyrystysprosessia käytetään myös laboratorioissa.

Nitinoli Symboli

Tämä metalliseos merkitään sen sisältämien metallien symboleilla. Tämän metalliseoksen kaava on NiTi.

Nitinoli Historia

Tämä materiaali on saanut nimensä aineosistaan ja löytöpaikastaan. Vuonna 1962 William J. Buehler ja Frederick Wang havaitsivat ensimmäisen kerran tämän metallin ainutlaatuiset ominaisuudet laivaston aselaboratoriossa.

Tämän metalliseoksen kaupallistaminen oli mahdollista vasta vuosikymmen myöhemmin. Viivästys johtui pääasiassa materiaalin sulattamisen, koneistamisen ja käsittelyn vaikeudesta.

Nitinolin ominaisuudet

Muotoilumuisti- ja superelastisuusominaisuudet ovat tämän metalliseoksen ainutlaatuisimmat ominaisuudet. Muodonmuistiominaisuuden ansiosta tämä metalli ”muistaa” alkuperäisen muotonsa ja säilyttää sen, kun sitä kuumennetaan yli sen muuntumislämpötilan. Tämä johtuu nikkelin ja titaanin erilaisista kiderakenteista. Tämä pseudoelastinen metalli osoittaa myös uskomatonta kimmoisuutta, joka on noin 10-30 kertaa suurempi kuin minkä tahansa tavallisen metallin kimmoisuus.

Tässä on joitakin tämän metalliseoksen fysikaalisia ja mekaanisia perusominaisuuksia:

Fysikaaliset ominaisuudet

Näyttömuoto: Tämä on kirkkaan hopeanhohtoinen metalli.

Tiheys:

Sulamispiste: Sen sulamispiste on noin 1310 °C.

Resistenssi:

Lämmönjohtavuus: Sen ominaisvastus on 82 ohm-cm korkeammissa lämpötiloissa ja 76 ohm-cm alemmissa lämpötiloissa.

Lämmönjohtavuus: Lämmönjohtavuus: Tämän metallin lämmönjohtavuus on 0,1 W/cm-°C.

Lämpökapasiteetti: Sen lämpökapasiteetti on 0,077 cal/ gm-°C.

Latentti lämpö: Tämän materiaalin latentti lämpö on 5,78 cal/ gm.

Magneettinen herkkyys: Sen magneettinen herkkyys on 3,8 emu- gm korkeissa lämpötiloissa ja 2,5 matalissa lämpötiloissa.

Mekaaniset ominaisuudet

Loppuvetolujuus: Tämän materiaalin murtovetolujuus vaihtelee 754 ja 960 MPa välillä.

Tyypillinen murtovenymä:

Tyypillinen myötölujuus: 560 MPa korkeassa lämpötilassa; 100 MPa matalassa lämpötilassa

Lähes arvioitu kimmomoduuli: 75 GPa korkeassa lämpötilassa; 28 GPa matalassa lämpötilassa

Lähes arvioitu Poissonin suhdeluku: 0,3

Nitinolilaitteiden valmistaminen

Tämän materiaalin lämmin työstö on suhteellisen helpompaa kuin kylmäkäsittely. Tämän materiaalin valtava kimmoisuus vaikeuttaa kylmätyöstöä lisäämällä telakosketusta. Tämä johtaa äärimmäiseen työkalujen kulumiseen ja kitkavastukseen. Nämä syyt tekevät myös tämän metalliseoksen työstön erittäin vaikeaksi. Se, että tämän materiaalin lämmönjohtavuus on huono, ei auta tässä tarkoituksessa. Tämän metallin hionta, laserleikkaus ja sähköpurkauskoneistus (EDM) on suhteellisen helppoa.

Tämän materiaalin lämpökäsittely on hyvin kriittistä ja herkkää. Lämpökäsittelyn ja kylmäkäsittelyn yhdistelmä on tärkeä tämän metallin käyttökelpoisten ominaisuuksien hallitsemiseksi.

Nitinolilangat

Nitinolilla valmistetaan muotomuistiin perustuvia toimilankoja, joita käytetään lukuisiin teollisiin tarkoituksiin. Tätä lankaa käytetään ohjauslankoihin, styletteihin ja ortodonttisiin viiloihin. Tämä lanka soveltuu erinomaisesti sovelluksiin, jotka vaativat suuria kuormitus- ja purkautumistasojännityksiä, sekä silmälasikehyksiin ja matkapuhelinantenneihin. Tämän langan pääasialliset käyttökohteet ovat kuitenkin stenteissä ja kivenhakukoreissa.

Nitinolistentti

Tätä metalliseosta käytetään endovaskulaaristen stenttien valmistukseen, jotka ovat erittäin käyttökelpoisia erilaisten sydänsairauksien hoidossa. Sitä käytetään parantamaan verenkiertoa asettamalla romahtanut nikkelititaanistentti laskimoon ja kuumentamalla sitä. Näitä stenttejä käytetään myös ompeleiden korvikkeena.

Nitinolankakori

Nikkelititaanilankakorit soveltuvat hyvin moniin lääketieteellisiin sovelluksiin, koska se on jousittavampi ja vähemmän kokoonpuristuva kuin monet muut metallit. Tämä kori-instrumentti on erittäin käyttökelpoinen sappirakkoon.

Nitinol-käyttökohteet

Tässä on joitakin nitinol-metalliseoksen tärkeimpiä käyttökohteita:

lääketieteelliset käyttökohteet

• Tämä metalliseos on erittäin käyttökelpoinen hammaslääketieteessä, erityisesti oikomishoidossa hampaita yhdistäviin lankoihin ja sulkuihin. Sure Smile (eräänlaiset hammasraudat) on esimerkki sen ortodonttisesta käytöstä.
• Seosta käytetään myös endodontiassa pääasiassa juurikanavien puhdistuksen ja muotoilun yhteydessä.
• Suoli- ja suolistokirurgiassa sitä käytetään erilaisissa laitteissa, joiden tarkoituksena on yhdistää suolisto uudelleen sen jälkeen, kun patologia on poistettu.
• Nitinolistentit ovat toinen merkittävä tämän metallin käyttökohde lääkinnällisessä käytössä.
• Sen bioyhteensopivat ominaisuudet tekevät siitä käyttökelpoisen ortopedisissä implantteissa.
• Nitinolilankoja voidaan käyttää rintakasvainten merkitsemiseen ja paikantamiseen.
• Nitinoliletkujen käyttö erilaisiin lääkinnällisiin tarkoituksiin kasvattaa suosiotaan.

Teolliset käyttötarkoitukset

• Nitinolilankoja käytetään esittelytarkoituksiin tehdyissä mallilämpövoimakoneissa.
• Materiaalia käytetään lämpötilan säätimissä. Sen muodonmuutosominaisuuksia voidaan käyttää muuttuvan vastuksen tai kytkimen aktivoimiseen lämpötilan säätöä varten.
• Tätä metallia käytetään usein mekaanisissa kellojousissa.
• Sitä käytetään matkapuhelinteknologiassa mikrofonin puomina tai sisäänvedettävänä antennina sen mekaanisen ja joustavan muistinluonteen vuoksi.
• Nitinolijousia käytetään useilla eri teollisuudenaloilla tämän metallin superelastisten ominaisuuksien hyödyntämistä varten.
• Nitinolilevyjä käytetään stanssaukseen, leimaukseen ja syvävetoon.

Muut käyttökohteet

• Sitä käytetään myös golfmailojen sisäkappaleena sen muodonmuutosominaisuuksien vuoksi.
• Sitä käytetään mielellään erittäin joustavien lasikehysten valmistukseen.
• Nitinolia käytetään taikatempauksissa käytettävien itsestään taipuvien lusikoiden valmistukseen.

Nitinolin saatavuus

Nikkelititaania on saatavana eri muodoissa, kuten lankoina, putkina, levyinä ja jousina. NDC on yksi tämän metalliseoksen johtavista valmistajista ja toimittajista. Nitinolilankojen, -putkien, -jousien jne. toimittajia on kuitenkin monia muitakin. Tämän metallin eri muotoja on saatavilla myös verkossa kohtuulliseen hintaan.

Nitinoli luetaan hyödyllisimpiin metalliseoksiin, joilla on lukuisia teollisia ja lääketieteellisiä sovelluksia. Se on usein paras valinta moniin sovelluksiin, jotka vaativat valtavaa liikettä ja joustavuutta. Tämä materiaali on kuitenkin osoittanut väsymisvikaantumista monissa vaativissa sovelluksissa. Asiantuntijat työskentelevät ahkerasti tämän metalliseoksen kestävyysrajojen määrittelemiseksi.