Chemistry Learner

Nitinol metaallegering is een van de nuttigste legeringen die voor diverse doeleinden wordt gebruikt. Het heeft talrijke belangrijke medische toepassingen.

Wat is Nitinol?

Het is een nikkel-titanium metaallegering met enkele unieke eigenschappen. Het is ook bekend als Nikkel-Titanium. Deze legering vertoont superelasticiteit of pseudoelasticiteit en vormgeheugeneigenschappen. Het betekent dat dit unieke metaal zijn oorspronkelijke vorm kan onthouden en grote elasticiteit onder spanning vertoont.

Nitinol Samenstelling

Deze metaallegering is samengesteld uit nikkel en titanium. Het bevat deze twee elementen in ongeveer gelijke atomaire percentages. Nikkel is een bekend allergeen en het kan ook kankerverwekkende eigenschappen hebben. Om deze reden heeft het nikkelgehalte van deze legering tot grote bezorgdheid geleid over het nut ervan in de medische industrie.

Nitinol Productie

Extreem strenge samenstellingscontrole is vereist voor het maken van deze legering. Om deze reden is het zeer moeilijk deze legering te bereiden. De buitengewone reactiviteit van titaan is een ander obstakel bij de bereiding ervan. Twee primaire smeltmethoden worden momenteel voor dit doel gebruikt:

• Vacuum Arc Remelting: Bij deze methode wordt een elektrische boog geslagen tussen een watergekoelde koperen stootplaat en de grondstoffen. Watergekoelde koperen matrijs wordt gebruikt voor het smelten van de bestanddelen in hoog vacuüm om de introductie van koolstof te voorkomen.
• Vacuum Inductie Smelten: De grondstoffen worden verwarmd in een koolstofkroes met behulp van wisselende magnetische velden. Ook dit gebeurt in hoogvacuüm; bij dit proces wordt echter koolstof geïntroduceerd.

Picture 1 – Nitinol

Er zijn geen grote hoeveelheden gegevens waaruit blijkt dat het product van de ene methode beter is dan dat van de andere. Beide methoden hebben verschillende voordelen te bieden. Andere methoden zoals inductieschedel smelten, plasmaboog smelten en e-beam smelten worden ook gebruikt voor dit doel op een boutique schaal. Het fysische proces van dampdepositie wordt ook in laboratoria gebruikt.

Nitinol Symbool

Deze metaallegering wordt aangeduid met de symbolen van de samenstellende metalen. De formule voor deze legering is NiTi.

Nitinol Geschiedenis

Dit materiaal ontleende zijn naam aan zijn samenstellende delen en zijn plaats van ontdekking. In 1962, ontdekten William J. Buehler en Frederick Wang voor het eerst de unieke eigenschappen van dit metaal in het Naval Ordnance Laboratory.

Commercialisering van deze legering was niet mogelijk tot een decennium later. Deze vertraging werd voornamelijk veroorzaakt door de moeilijkheid om het materiaal te smelten, te bewerken en te verwerken.

Nitinol Eigenschappen

De vormgeheugen- en superelasticiteitseigenschappen zijn de meest unieke eigenschappen van deze legering. De vormgeheugeneigenschap staat dit metaal toe om zijn originele vorm te “herinneren” en te behouden wanneer het boven zijn transformatie-temperatuur wordt verwarmd. Dit is het gevolg van de verschillende kristalstructuren van nikkel en titaan. Dit pseudo-elastische metaal vertoont ook een ongelooflijke elasticiteit die ongeveer 10 tot 30 maal groter is dan die van een gewoon metaal.

Hier volgen enkele fundamentele fysische en mechanische eigenschappen van deze legering:

Fysische eigenschappen

Opzicht: dit is een helder zilverachtig metaal.

Dichtheid: De dichtheid van deze legering is 6,45 gm/ cm3

Smeltpunt: Het smeltpunt ligt rond 1310 °C.

Resistiviteit: Het heeft een weerstandsvermogen van 82 ohm-cm bij hogere temperaturen en 76 ohm-cm bij lagere temperaturen.

Thermische geleidbaarheid: De thermische geleidbaarheid van dit metaal is 0,1 W/ cm-°C.

Warmtecapaciteit: De warmtecapaciteit bedraagt 0,077 cal/ gm-°C.

Latente Warmte: dit materiaal heeft een latente warmte van 5,78 cal/ gm.

Magnetische Gevoeligheid: Zijn magnetische susceptibiliteit is 3,8 emu- gm bij hoge temperaturen en 2,5 bij lage temperaturen.

Mechanische eigenschappen

Ultieme treksterkte: De treksterkte van dit materiaal ligt tussen 754 en 960 MPa.

Typische rek tot breuk: 15,5 procent

Typische vloeigrens: 560 MPa bij hoge temperatuur; 100 MPa bij lage temperatuur

Beschatte Elastische Modulus: 75 GPa bij hoge temperatuur; 28 GPa bij lage temperatuur

Beschatte Poisson’s Ratio: 0,3

Maken van Nitinol-apparaten

Het bewerken van dit materiaal is relatief eenvoudiger dan het koud bewerken. De enorme elasticiteit van dit materiaal maakt koud bewerken moeilijk door het rolcontact te vergroten. Dit resulteert in extreme gereedschapsslijtage en wrijvingsweerstand. Deze redenen maken ook de bewerking van deze legering uiterst moeilijk. Het feit dat dit materiaal een slecht warmtegeleidingsvermogen heeft, helpt daarbij niet. Het is relatief eenvoudig om slijpen, lasersnijden en elektrisch ontladingsbewerken (EDM) op dit metaal uit te voeren.

Warmtebehandeling van dit materiaal is zeer kritisch en delicaat. De combinatie warmtebehandeling-koude bewerking is belangrijk voor het beheersen van de nuttige eigenschappen van dit metaal.

Nitinol draden

Nitinol wordt gebruikt voor het maken van vormgeheugen actuator draad gebruikt voor tal van industriële doeleinden. Deze draad wordt gebruikt voor geleidingsdraden, styletten en orthodontische vijlen. Deze draad is ideaal voor toepassingen die hoge laad- en ontlaadplateauspanningen vereisen, alsmede voor brilmonturen en antennes voor mobiele telefoons. De belangrijkste toepassingen van deze draad zijn echter in stents en in manden voor het ophalen van stenen.

Nitinol Stent

Deze legering wordt gebruikt voor de vervaardiging van endovasculaire stents die zeer nuttig zijn bij de behandeling van diverse hartziekten. Zij wordt gebruikt om de bloedstroom te verbeteren door een ingestorte nikkel-titanium stent in een ader in te brengen en deze te verhitten. Deze stents worden ook gebruikt als substituut voor sutures.

Nitinol Basket

Nikkel titanium draad manden zijn zeer geschikt voor vele medische toepassingen als het is veerkrachtiger en minder inklapbaar dan veel andere metalen. Dit mandinstrument is zeer nuttig voor de galblaas.

Nitinol Gebruiken

Hier zijn enkele van de belangrijkste toepassingen van Nitinol metaallegering:

Medische toepassingen

• Deze legering is zeer nuttig in tandheelkunde, vooral in orthodontie voor draden en beugels die de tanden verbinden. Sure Smile (een soort beugel) is een voorbeeld van zijn orthodontische toepassing.
• Het wordt ook gebruikt in de endodontie voornamelijk tijdens wortelkanalen voor het reinigen en vormgeven van de wortelkanalen.
• In de colorectale chirurgie, wordt het gebruikt in verschillende apparaten ten behoeve van het opnieuw verbinden van de darm nadat de pathologie is verwijderd.
• Nitinol stents zijn een andere belangrijke toepassing van dit metaal in geneesmiddelen.
• Zijn biocompatibele eigenschappen maken nuttig in orthopedische implantaten.
• Nitinol draden kunnen worden gebruikt voor het markeren en lokaliseren van borst tumoren.
• Het gebruik van Nitinol buizen voor diverse medische doeleinden neemt toe in populariteit.

Industrial Uses

• Nitinol draden worden gebruikt in model warmte motoren gemaakt voor demonstratie doeleinden.
• Dit materiaal wordt gebruikt in temperatuur controles. Zijn vorm veranderende eigenschappen kunnen worden gebruikt voor het activeren van een variabele weerstand of een schakelaar voor het regelen van de temperatuur.
• Dit metaal wordt vaak gebruikt in mechanische horloge springs.
• Het wordt gebruikt als microfoon boom of een intrekbare antenne in mobiele telefoon technologie voor zijn mechanische en flexibele geheugen nature.
• Nitinol veer wordt gebruikt in verschillende industrieën voor het doel van het gebruik van de superelastische eigenschappen van dit metaal.
• Nitinol platen worden gebruikt voor ponsen, stampen en dieptrekken.

Overige uses

• Het wordt ook gebruikt als een insert voor golfclubs voor zijn vorm veranderende capaciteiten.
• Het is een populaire keuze voor het maken van zeer veerkrachtig glas-frames.
• Nitinol wordt gebruikt voor het maken van zelfbuigende lepels die worden gebruikt in goochelshows.

Nitinol Beschikbaarheid

Nikkel titanium is verkrijgbaar in verschillende vormen, waaronder draden, buizen, platen en veren. NDC is een van de toonaangevende fabrikant en leverancier van deze metaallegering. Er zijn echter vele andere leveranciers van Nitinol-draden, -buizen, -veren enz. Verschillende vormen van dit metaal zijn ook online beschikbaar tegen redelijke prijzen.

Nitinol wordt gerekend tot de meest nuttige metaallegeringen met tal van industriële en medische toepassingen. Het is vaak de beste keuze voor vele toepassingen die enorme beweging en flexibiliteit vereisen. Dit materiaal heeft echter in veel veeleisende toepassingen vermoeidheidsstoringen vertoond. Deskundigen zijn hard aan het werk om de duurzaamheidsgrenzen van deze metaallegering vast te stellen.