Kémia Tanuló

A nitinol fémötvözet az egyik leghasznosabb, különböző célokra használt ötvözet. Számos fontos orvosi alkalmazással rendelkezik.

Mi a nitinol?

Egy nikkel-titán fémötvözet, amely néhány egyedülálló tulajdonsággal rendelkezik. Nikkel-titán néven is ismert. Ez az ötvözet szuperelaszticitást vagy pszeudoelaszticitást és alakemlékező tulajdonságokat mutat. Ez azt jelenti, hogy ez az egyedülálló fém képes emlékezni eredeti alakjára, és nagy rugalmasságot mutat feszültség alatt.

Nitinol összetétele

Ez a fémötvözet nikkelből és titánból áll. Ezt a két elemet megközelítőleg azonos atomarányban tartalmazza. A nikkel ismert allergén, és rákkeltő tulajdonságokkal is rendelkezhet. Emiatt az ötvözet nikkeltartalma nagy aggodalmakat keltett az orvosi iparban való felhasználhatóságával kapcsolatban.

Nitinol gyártása

Ez ötvözet előállításához rendkívül szigorú összetétel-ellenőrzésre van szükség. Emiatt nagyon nehéz ezt az ötvözetet előállítani. A titán rendkívüli reakcióképessége is akadályozza az előállítását. Jelenleg két elsődleges olvasztási módszert alkalmaznak erre a célra:

• Vákuum íves újraolvasztás: Ennél a módszernél egy vízhűtéses réz ütőlemez és a nyersanyag között elektromos ív ütközik. Vízhűtéses rézformát használnak az alkotóelemek nagy vákuumban történő megolvasztásához, hogy megakadályozzák a szén bejutását.
• Vákuum indukciós olvasztás: A nyersanyagokat egy széntégelyben váltakozó mágneses mezők segítségével melegítik. Ezt is nagy vákuumban végzik, azonban ennél az eljárásnál szén kerül bevezetésre.

1. kép – Nitinol

Nincs jelentős mennyiségű adat arra, hogy az egyik módszer terméke jobb lenne a másiknál. Mindkét módszer különböző előnyökkel rendelkezik. Egyéb módszereket, mint az indukciós koponyaolvasztás, a plazmaíves olvasztás és az e-sugaras olvasztás, szintén alkalmaznak erre a célra butikméretekben. A fizikai gőzfázisú leválasztási eljárást is használják laboratóriumokban.

Nitinol szimbólum

Ezt a fémötvözetet az alkotó fémek szimbólumaival jelölik. Ennek az ötvözetnek a képlete NiTi.

Nitinol Története

Ez az anyag az alkotóiról és a felfedezés helyéről kapta a nevét. 1962-ben William J. Buehler és Frederick Wang fedezte fel először ennek a fémnek az egyedülálló tulajdonságait a Naval Ordnance Laboratory-ban.

Az ötvözet kereskedelmi forgalomba hozatala csak egy évtizeddel később vált lehetővé. Ezt a késedelmet elsősorban az anyag megolvasztásának, megmunkálásának és megmunkálásának nehézségei okozták.

Nitinol tulajdonságai

Az alakemlékező és szuperelasztikus tulajdonságok a legegyedibb tulajdonságai ennek az ötvözetnek. Az alakemlékező tulajdonság lehetővé teszi, hogy ez a fém “emlékezzen” az eredeti alakjára és megtartsa azt, ha az átalakulási hőmérséklete fölé melegítik. Ez a nikkel és a titán eltérő kristályszerkezetének köszönhető. Ez az álelasztikus fém hihetetlen rugalmasságot is mutat, amely körülbelül 10-30-szor nagyobb, mint bármely közönséges fémé.

Itt van ennek az ötvözetnek néhány alapvető fizikai és mechanikai tulajdonsága:

Fizikai tulajdonságok

megjelenés: Ez egy fényes ezüstös fém.

sűrűség:

olvadáspont: Az olvadáspontja 1310 °C körül van.

Rezisztivitás: Ennek az ötvözetnek a sűrűsége 6,45 g/cm3

Olvadáspontja: Az olvadáspontja 1310 °C körül van:

Hővezető képesség: Magasabb hőmérsékleten 82 ohm-cm, alacsonyabb hőmérsékleten 76 ohm-cm ellenállással rendelkezik.

Hővezető képesség:

Hővezető képesség: Ennek a fémnek a hővezető képessége 0,1 W/cm-°C.

Hőkapacitás: A fém hővezető képessége 0,1 W/cm-°C: Hőkapacitása 0,077 cal/ gm-°C.

Látens hő: Ennek az anyagnak a látens hője 5,78 cal/ gm.

Mágneses érzékenység: Mágneses érzékenysége magas hőmérsékleten 3,8 emu- gm, alacsony hőmérsékleten 2,5.

Mechanikai tulajdonságok

Első szakítószilárdság: Az anyag szakítószilárdsága 754 és 960 MPa között mozog.

Típusos szakadási nyúlás: Megközelítő rugalmassági modulus: 75 GPa magas hőmérsékleten; 28 GPa alacsony hőmérsékleten

Megközelítő Poisson-szám: 0,3

Nitinol eszközök készítése

Az anyag meleg megmunkálása viszonylag egyszerűbb, mint a hideg megmunkálás. Ennek az anyagnak a hatalmas rugalmassága megnehezíti a hidegmegmunkálást a hengeres érintkezés növelésével. Ez rendkívüli szerszámkopást és súrlódási ellenállást eredményez. Ezen okok miatt ennek az ötvözetnek a megmunkálása is rendkívül nehézkes. Ezen az sem segít, hogy ennek az anyagnak rossz a hővezető képessége. Ezen a fémen viszonylag könnyű köszörülést, lézervágást és elektromos kisüléses megmunkálást (EDM) végezni.

Az anyag hőkezelése nagyon kritikus és kényes. A hőkezelés-hidegmegmunkálás kombinációja fontos e fém hasznos tulajdonságainak szabályozásához.

Nitinol huzalok

A nitinolt számos ipari célra használt alakemlékező működtető huzal előállítására használják. Ezt a huzalt vezetődrótokhoz, styletekhez és fogszabályozó reszelőkhöz használják. Ez a huzal ideális a nagy terhelési és tehermentesítő platófeszültséget igénylő alkalmazásokhoz, valamint szemüvegkeretekhez és mobiltelefon-antennákhoz. Ennek a huzalnak a fő felhasználási területei azonban a sztentek és a kőgyűjtő kosarak.

Nitinol Stent

Ezt az ötvözetet endovaszkuláris sztentek gyártására használják, amelyek rendkívül hasznosak a különböző szívbetegségek kezelésében. A véráramlás javítására használják egy összeesett nikkel-titán sztent vénába történő behelyezésével és felmelegítésével. Ezeket a sztenteket a varratok helyettesítőjeként is használják.

Nitinol kosár

A nikkel-titán drótkosarak jól alkalmazhatók számos orvosi alkalmazáshoz, mivel ruganyosabb és kevésbé omlik össze, mint sok más fém. Ez a kosár eszköz nagyon hasznos az epehólyagban.

Nitinol felhasználások

Itt van a nitinol fémötvözet néhány fő felhasználási területe:

Egészségügyi alkalmazások

• Ez az ötvözet nagyon hasznos a fogászatban, különösen a fogszabályozásban a fogakat összekötő drótokhoz és zárójelekhez. A Sure Smile (egyfajta fogszabályzó) egy példa a fogszabályozási alkalmazására.
• Az endodontikában is használják, főként a gyökérkezelés során a gyökércsatornák tisztítására és alakítására.
• A vastagbélsebészetben különböző eszközökben használják, amelyek célja a bél újrakötése a kórokozó eltávolítása után.
• A nitinol stentek egy másik jelentős alkalmazása ennek a fémnek a gyógyászatban.
• Biokompatibilis tulajdonságai miatt hasznos az ortopédiai implantátumokban.
• A nitinolhuzalok az emlődaganatok jelölésére és lokalizálására használhatók.
• A nitinolcsövek különböző orvosi célokra történő felhasználása egyre népszerűbb.

Ipari felhasználás

• A nitinolhuzalokat demonstrációs céllal készült modell hőgépekben használják.
• Ezt az anyagot hőmérséklet-szabályozókban használják. Alakváltoztató tulajdonságai felhasználhatók egy változó ellenállás vagy egy kapcsoló aktiválására a hőmérséklet szabályozására.
• Ezt a fémet gyakran használják mechanikus órarugókban.
• A mobiltelefon-technikában mikrofonbummként vagy behúzható antennaként használják mechanikus és rugalmas memória jellegének köszönhetően.
• A nitinol rugót különböző iparágakban használják e fém szuperelasztikus tulajdonságainak kihasználása céljából.
• A nitinollemezeket lyukasztáshoz, bélyegzéshez és mélyhúzáshoz használják.

Egyéb felhasználások

• Az alakváltoztató képességei miatt golfütők betétjeként is használják.
• Ez a rendkívül rugalmas üvegkeretek készítéséhez is népszerű választás.
• A nitinolt a bűvészmutatványokban használt önhajlító kanalak készítésére használják.

Nitinol elérhetősége

A nikkel-titán különböző formákban, többek között huzalok, csövek, lemezek és rugók formájában kapható. Az NDC ennek a fémötvözetnek az egyik vezető gyártója és szállítója. A nitinol huzalok, csövek, rugók stb. azonban számos más beszállítója is van. Ennek a fémnek különböző formái is elérhetőek online, elfogadható áron.

A nitinol a leghasznosabb fémötvözetek közé tartozik, számos ipari és orvosi alkalmazással. Gyakran a legjobb választás számos olyan alkalmazáshoz, amely hatalmas mozgást és rugalmasságot igényel. Ez az anyag azonban számos igényes alkalmazásban fáradási hibát mutatott. A szakértők keményen dolgoznak azon, hogy meghatározzák ennek a fémötvözetnek a tartóssági határait.