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La lega metallica Nitinol è una delle leghe più utili utilizzate per vari scopi. Ha numerose e importanti applicazioni mediche.

Che cos’è il Nitinol?

È una lega metallica di nichel e titanio con alcune proprietà uniche. È anche conosciuto come nichel titanio. Questa lega esibisce la superelasticità o pseudoelasticità e le proprietà di memoria di forma. Significa che questo metallo unico può ricordare la sua forma originale e mostra una grande elasticità sotto stress.

Composizione del nitinolo

Questa lega metallica è composta da nichel e titanio. Contiene questi due elementi in percentuali atomiche approssimativamente uguali. Il nichel è un noto allergene e potrebbe anche avere proprietà cancerogene. Per questo motivo il contenuto di nichel di questa lega ha sollevato grandi preoccupazioni sulla sua utilità nell’industria medica.

Produzione del nitinolo

Per fare questa lega è necessario un controllo compositivo estremamente stretto. Per questo motivo è molto difficile preparare questa lega. La straordinaria reattività del titanio è un altro ostacolo alla sua preparazione. Due metodi primari di fusione sono attualmente utilizzati per questo scopo:

• Rifusione sotto vuoto ad arco: In questo metodo, un arco elettrico viene colpito tra una piastra di rame raffreddata ad acqua e le materie prime. Lo stampo di rame raffreddato ad acqua è usato per fondere i costituenti in alto vuoto per evitare l’introduzione di carbonio.
• Fusione a induzione sotto vuoto: Le materie prime sono riscaldate in un crogiolo di carbonio usando campi magnetici alternati. Anche questo viene realizzato in alto vuoto; tuttavia, il carbonio viene introdotto in questo processo.

Immagine 1 – Nitinol

Non ci sono quantità considerevoli di dati che mostrano che il prodotto di un metodo sia migliore dell’altro. Entrambi questi metodi hanno diversi vantaggi da offrire. Altri metodi come la fusione a cranio a induzione, la fusione ad arco di plasma e la fusione a e-beam sono anche usati per questo scopo su scala boutique. Il processo di deposizione fisica del vapore è anche usato nei laboratori.

Nitinol Symbol

Questa lega metallica è indicata dai simboli dei suoi metalli costituenti. La formula di questa lega è NiTi.

Nitinolo Storia

Questo materiale deriva il suo nome dai suoi costituenti e dal suo luogo di scoperta. Nel 1962, William J. Buehler e Frederick Wang scoprirono per la prima volta le proprietà uniche di questo metallo al Naval Ordnance Laboratory.

La commercializzazione di questa lega non fu possibile fino a un decennio dopo. Questo ritardo è stato causato principalmente dalla difficoltà di fusione, lavorazione e trasformazione del materiale.

Proprietà del nitinolo

La memoria di forma e le proprietà di superelasticità sono le proprietà più uniche di questa lega. La proprietà della memoria di forma permette a questo metallo di “ricordare” la sua forma originale e di conservarla quando viene riscaldato al di sopra della sua temperatura di trasformazione. Ciò avviene grazie alle diverse strutture cristalline del nichel e del titanio. Questo metallo pseudo-elastico mostra anche un’incredibile elasticità che è circa da 10 a 30 volte più di quella di qualsiasi metallo ordinario.

Ecco alcune proprietà fisiche e meccaniche di base di questa lega:

Proprietà fisiche

Apparenza: questo è un metallo argenteo brillante.

Densità: La densità di questa lega è 6,45 gm/ cm3

Punto di fusione: Il suo punto di fusione è intorno ai 1310 °C.

Restività: Ha una resistività di 82 ohm-cm alle alte temperature e di 76 ohm-cm alle basse temperature.

Conducibilità termica: La conducibilità termica di questo metallo è di 0,1 W/ cm-°C.

Capacità termica: La sua capacità termica è di 0,077 cal/ gm-°C.

Calore latente: questo materiale ha un calore latente di 5,78 cal/ gm.

Suscettibilità magnetica: La sua suscettibilità magnetica è di 3,8 emu- gm alle alte temperature e 2,5 alle basse temperature.

Proprietà meccaniche

Resistenza alla trazione: Il carico di rottura di questo materiale varia tra 754 e 960 MPa.

Allungamento tipico alla frattura: 15,5 per cento

Resistenza allo snervamento tipica: 560 MPa ad alta temperatura; 100 MPa a bassa temperatura

Modulo elastico approssimativo: 75 GPa ad alta temperatura; 28 GPa a bassa temperatura

Rapporto di Poisson approssimativo: 0,3

Realizzazione di dispositivi in Nitinol

La lavorazione a caldo di questo materiale è relativamente facile rispetto alla lavorazione a freddo. L’enorme elasticità di questo materiale rende difficile la lavorazione a freddo aumentando il contatto dei rulli. Ciò si traduce in un’estrema usura dell’utensile e resistenza all’attrito. Questi motivi rendono anche la lavorazione di questa lega estremamente difficile. Il fatto che questo materiale abbia una scarsa conducibilità termica non aiuta in questo senso. È relativamente facile eseguire la molatura, il taglio laser e la lavorazione a scarica elettrica (EDM) su questo metallo.

Il trattamento termico di questo materiale è molto critico e delicato. La combinazione trattamento termico-lavorazione a freddo è importante per controllare le proprietà utili di questo metallo.

Fili di nitinolo

Il nitinolo è usato per fare il filo dell’attuatore a memoria di forma usato per numerosi scopi industriali. Questo filo è utilizzato per fili guida, stiletti e lime ortodontiche. Questo filo è ideale per le applicazioni che richiedono alte sollecitazioni di carico e scarico, così come per le montature degli occhiali e le antenne dei telefoni cellulari. Tuttavia, gli usi principali di questo filo sono negli stent e nei cesti per il recupero delle pietre.

Nitinol Stent

Questa lega è usata per la fabbricazione di stent endovascolari che sono molto utili nel trattamento di varie malattie cardiache. Si usa per migliorare il flusso sanguigno inserendo uno stent di nichel titanio collassato in una vena e riscaldandolo. Questi stent sono anche usati come sostituto delle suture.

Nitinol Basket

I cestelli di filo di nichel titanio sono adatti a molte applicazioni mediche perché è più elastico e meno pieghevole di molti altri metalli. Questo strumento a cestello è molto utile per la cistifellea.

Usi del Nitinol

Ecco alcune delle principali applicazioni della lega metallica Nitinol:

Applicazioni mediche

• Questa lega è molto utile in odontoiatria, specialmente in ortodonzia per fili e staffe che collegano i denti. Sure Smile (un tipo di apparecchio) è un esempio della sua applicazione ortodontica.
• Si usa anche in endodonzia principalmente durante i canali radicolari per pulire e modellare i canali radicolari.
• Nella chirurgia colorettale, si usa in vari dispositivi allo scopo di ricollegare l’intestino dopo la rimozione della patologia.
• Gli stent di nitinolo sono un’altra applicazione significativa di questo metallo nelle medicine.
• Le sue proprietà biocompatibili rendono utile negli impianti ortopedici.
• I fili di Nitinol possono essere utilizzati per la marcatura e la localizzazione di tumori al seno.
• L’uso di tubi di Nitinol per vari scopi medici sta aumentando in popolarità.

Usi industriali

• I fili di Nitinol sono usati in modelli di motori termici fatti a scopo dimostrativo.
• Questo materiale è usato nei controlli di temperatura. Le sue proprietà di cambiamento di forma possono essere usate per attivare un resistore variabile o un interruttore per il controllo della temperatura.
• Questo metallo è spesso usato nelle molle meccaniche degli orologi.
• È usato come asta del microfono o un’antenna retrattile nella tecnologia dei telefoni cellulari per la sua natura di memoria meccanica e flessibile.
• La molla di nitinolo è usata in varie industrie allo scopo di utilizzare le proprietà superelastiche di questo metallo.
• I fogli di nitinolo sono usati per la punzonatura, lo stampaggio e l’imbutitura profonda.

Altri usi

• È anche usato come inserto per mazze da golf per le sue capacità di cambiare forma.
• È una scelta popolare per fare cornici di vetro estremamente resistenti.
• Il nitinolo è usato per fare cucchiai autoflessibili usati negli spettacoli di magia.

Disponibilità del nitinolo

Il nichel titanio è disponibile in varie forme tra cui fili, tubi, fogli e molle. NDC è uno dei principali produttori e fornitori di questa lega metallica. Tuttavia, ci sono molti altri fornitori di fili, tubi, molle ecc. di Nitinol. Diverse forme di questo metallo sono anche disponibili online a prezzi ragionevoli.

Nitinol è annoverato tra le leghe metalliche più utili con numerose applicazioni industriali e mediche. È spesso la scelta migliore per molte applicazioni che richiedono un enorme movimento e flessibilità. Tuttavia, questo materiale ha mostrato cedimenti da fatica in molte applicazioni impegnative. Gli esperti stanno lavorando duramente allo scopo di definire i limiti di durata di questa lega metallica.