L’apprenant en chimie

L’alliage métallique Nitinol est l’un des alliages les plus utiles utilisés à diverses fins. Il a de nombreuses applications médicales importantes.

Qu’est-ce que le Nitinol ?

C’est un alliage métallique nickel-titane avec certaines propriétés uniques. Il est également connu sous le nom de Nickel-titane. Cet alliage présente la superélasticité ou pseudo-élasticité et les propriétés de mémoire de forme. Cela signifie que ce métal unique peut se souvenir de sa forme originale et montre une grande élasticité sous contrainte.

Composition du nitinol

Cet alliage métallique est composé de nickel et de titane. Il contient ces deux éléments à des pourcentages atomiques à peu près égaux. Le nickel est un allergène connu et il pourrait également avoir des propriétés cancérigènes. Pour cette raison, la teneur en nickel de cet alliage a suscité de grandes inquiétudes quant à son utilité dans l’industrie médicale.

Production de nitinol

Un contrôle extrêmement serré de la composition est nécessaire pour fabriquer cet alliage. Pour cette raison, il est très difficile de préparer cet alliage. L’extraordinaire réactivité du titane est un autre obstacle à sa préparation. Deux méthodes de fusion primaires sont actuellement utilisées à cette fin :

• Fusion à l’arc sous vide : Dans cette méthode, un arc électrique est amorcé entre une gâche de cuivre refroidie par eau et les matières premières. Un moule en cuivre refroidi à l’eau est utilisé pour la fusion des constituants sous un vide poussé afin d’éviter l’introduction de carbone.
• Fusion par induction sous vide : Les matières premières sont chauffées dans un creuset en carbone à l’aide de champs magnétiques alternatifs. Cette opération est également accomplie sous vide poussé ; cependant, du carbone est introduit dans ce processus.

Photo 1 – Nitinol

Il n’existe pas de quantité considérable de données montrant que le produit d’une méthode est meilleur que l’autre. Ces deux méthodes ont des avantages différents à offrir. D’autres méthodes comme la fusion par induction, la fusion par arc plasma et la fusion par faisceau d’électrons sont également utilisées à cette fin à l’échelle d’une boutique. Le procédé de dépôt physique en phase vapeur est également utilisé dans les laboratoires.

Symbole du nitinol

Cet alliage métallique est désigné par les symboles des métaux qui le composent. La formule de cet alliage est NiTi.

Nitinol Histoire

Ce matériau tire son nom de ses constituants et de son lieu de découverte. En 1962, William J. Buehler et Frederick Wang ont découvert les propriétés uniques de ce métal au Naval Ordnance Laboratory.

La commercialisation de cet alliage n’a été possible qu’une décennie plus tard. Ce retard était principalement dû à la difficulté de fondre, d’usiner et de traiter le matériau.

Propriétés du nitinol

Les propriétés de mémoire de forme et de superélasticité sont les propriétés les plus uniques de cet alliage. La propriété de mémoire de forme permet à ce métal de « se souvenir » de sa forme originale et de la conserver lorsqu’il est chauffé au-dessus de sa température de transformation. Cela se produit en raison des structures cristallines différentes du nickel et du titane. Ce métal pseudo-élastique présente également une incroyable élasticité qui est environ 10 à 30 fois supérieure à celle de tout métal ordinaire.

Voici quelques propriétés physiques et mécaniques de base de cet alliage :

Propriétés physiques

Apparence : c’est un métal argenté brillant.

Densité : La densité de cet alliage est de 6,45 gm/ cm3

Point de fusion : son point de fusion est d’environ 1310 °C.

Résistivité : Il présente une résistivité de 82 ohm-cm à haute température et de 76 ohm-cm à basse température.

Conductivité thermique : La conductivité thermique de ce métal est de 0,1 W/ cm-°C.

Capacité calorifique : Sa capacité thermique est de 0,077 cal/ gm-°C.

Chaleur latente : ce matériau a une chaleur latente de 5,78 cal/ gm.

Sceptibilité magnétique : Sa susceptibilité magnétique est de 3,8 emu- gm à haute température et de 2,5 à basse température.

Propriétés mécaniques

Résistance ultime à la traction : La résistance à la traction ultime de ce matériau varie entre 754 et 960 MPa.

Elongation typique à la rupture : 15,5 pour cent

Résistance à la rupture typique : 560 MPa à haute température ; 100 MPa à basse température

Module élastique approximatif : 75 GPa à haute température ; 28 GPa à basse température

Ratio de Poisson approximatif : 0,3

Fabrication de dispositifs en nitinol

Le travail à chaud de ce matériau est relativement facile que le travail à froid. L’énorme élasticité de ce matériau rend le travail à froid difficile en augmentant le contact des rouleaux. Il en résulte une usure extrême des outils et une résistance au frottement. Ces raisons rendent également l’usinage de cet alliage extrêmement difficile. Le fait que ce matériau ait une mauvaise conductivité thermique n’aide pas dans ce sens. Il est relativement facile d’effectuer le meulage, la découpe laser et l’usinage par électroérosion (EDM) sur ce métal.

Le traitement thermique de ce matériau est très critique et délicat. La combinaison traitement thermique – travail à froid est importante pour contrôler les propriétés utiles de ce métal.

Fils de nitinol

Le nitinol est utilisé pour fabriquer des fils d’actionneurs à mémoire de forme utilisés à de nombreuses fins industrielles. Ce fil est utilisé pour les fils de guidage, les stylets et les limes orthodontiques. Ce fil est idéal pour les applications nécessitant des contraintes de plateau de chargement et de déchargement élevées, ainsi que pour les montures de lunettes et les antennes de téléphones portables. Cependant, les principales utilisations de ce fil sont dans les stents et les paniers de récupération de pierres.

Nitinol Stent

Cet alliage est utilisé pour la fabrication de stents endovasculaires qui sont très utiles pour traiter diverses maladies cardiaques. Il est utilisé pour améliorer le flux sanguin en insérant un stent en titane Nickel effondré dans une veine et en le chauffant. Ces stents sont également utilisés comme substitut aux sutures.

Corbeille en titane nickel

Les paniers en fil de titane nickel sont bien adaptés à de nombreuses applications médicales car il est plus élastique et moins effondrable que de nombreux autres métaux. Cet instrument panier est très utile pour la vésicule biliaire.

Utilisations du Nitinol

Voici quelques-unes des principales applications de l’alliage métallique Nitinol :

Applications médicales

• Cet alliage est très utile en dentisterie, notamment en orthodontie pour les fils et les brackets qui relient les dents. Sure Smile (un type d’appareil dentaire) est un exemple de son application orthodontique.
• Il est également utilisé en endodontie principalement lors des canaux radiculaires pour le nettoyage et la mise en forme des canaux radiculaires.
• En chirurgie colorectale, il est utilisé dans divers dispositifs dans le but de reconnecter l’intestin après l’élimination de la pathologie.
• Les stents au nitinol sont une autre application importante de ce métal dans les médicaments.
• Ses propriétés biocompatibles le rendent utile dans les implants orthopédiques.
• Les fils de nitinol peuvent être utilisés pour le marquage et la localisation des tumeurs du sein.
• L’utilisation de tubes de nitinol à des fins médicales diverses est de plus en plus populaire.

Utilisations industrielles

• Les fils de nitinol sont utilisés dans les modèles de moteurs thermiques fabriqués à des fins de démonstration.
• Ce matériau est utilisé dans les contrôles de température. Ses propriétés de changement de forme peuvent être utilisées pour activer une résistance variable ou un interrupteur pour contrôler la température.
• Ce métal est souvent utilisé dans les ressorts de montres mécaniques.
• Il est utilisé comme perche de microphone ou une antenne rétractable dans la technologie des téléphones cellulaires pour sa nature de mémoire mécanique et flexible.
• Le ressort de nitinol est utilisé dans diverses industries dans le but d’utiliser les propriétés superélastiques de ce métal.
• Les feuilles de nitinol sont utilisées pour le poinçonnage, l’estampage et l’emboutissage profond.

Autres utilisations

• Il est également utilisé comme insert pour les clubs de golf pour ses capacités de changement de forme.
• Il est un choix populaire pour la fabrication de cadres de verre extrêmement résilients.
• Le nitinol est utilisé pour fabriquer des cuillères auto-fléchissantes utilisées dans les spectacles de magie.

Disponibilité du nitinol

Le titane de nickel est disponible sous diverses formes, notamment des fils, des tubes, des feuilles et des ressorts. NDC est l’un des principaux fabricants et fournisseurs de cet alliage métallique. Cependant, il existe de nombreux autres fournisseurs de fils, tubes, ressorts en Nitinol, etc. Différentes formes de ce métal sont également disponibles en ligne à des prix raisonnables.

Le Nitinol est compté parmi les alliages métalliques les plus utiles avec de nombreuses applications industrielles et médicales. Il est souvent le meilleur choix pour de nombreuses applications qui nécessitent un énorme mouvement et une grande flexibilité. Cependant, ce matériau a montré des défaillances par fatigue dans de nombreuses applications exigeantes. Des experts travaillent d’arrache-pied afin de définir les limites de durabilité de cet alliage métallique.