Chemia Learner

Stop metali Nitinol jest jednym z najbardziej użytecznych stopów używanych do różnych celów. Ma on wiele ważnych zastosowań medycznych.

Co to jest Nitinol?

Jest to stop niklowo-tytanowy o pewnych unikalnych właściwościach. Jest on również znany jako tytan niklu. Stop ten wykazuje superelastyczność lub pseudoelastyczność oraz właściwości pamięci kształtu. Oznacza to, że ten unikalny metal może zapamiętać swój pierwotny kształt i wykazuje dużą elastyczność pod obciążeniem.

Skład nitinolu

Ten stop metali składa się z niklu i tytanu. Zawiera te dwa pierwiastki w przybliżeniu w równych procentach atomowych. Nikiel jest znanym alergenem i może mieć również właściwości rakotwórcze. Z tego powodu zawartość niklu w tym stopie wzbudziła duże obawy co do jego przydatności w przemyśle medycznym.

Produkcja nitinolu

Wyjątkowo ścisła kontrola składu jest wymagana przy wytwarzaniu tego stopu. Z tego powodu jest to bardzo trudne do przygotowania tego stopu. Niezwykła reaktywność tytanu jest kolejną przeszkodą w jego przygotowaniu. Dwie podstawowe metody topienia są obecnie używane do tego celu:

• Vacuum Arc Remelting: W tej metodzie łuk elektryczny jest uderzany między miedzianą płytą strajkową chłodzoną wodą a surowcami. Woda chłodzona miedź forma jest używana do topienia składników w wysokiej próżni, aby zapobiec wprowadzeniu węgla.
• Vacuum Induction Melting: Surowce są ogrzewane w tyglu węglowym za pomocą zmiennych pól magnetycznych. Jest to również realizowane w wysokiej próżni; jednakże w tym procesie wprowadzany jest węgiel.

Zdjęcie 1 – Nitinol

Nie istnieją żadne znaczące ilości danych wskazujących, że produkt jednej metody jest lepszy od drugiej. Obie te metody mają różne zalety do zaoferowania. Inne metody, takie jak indukcja czaszki topnienia, plazmy topnienia łuku, i e-promieniowania są również wykorzystywane do tego celu w skali butiku. Proces fizycznego osadzania pary wodnej jest również stosowany w laboratoriach.

Nitinol Symbol

Ten stop metali jest oznaczany przez symbole jego metali składowych. Wzór dla tego stopu to NiTi.

Nitinol Historia

Ten materiał wziął swoją nazwę od jego składników i miejsca odkrycia. W 1962 roku William J. Buehler i Frederick Wang po raz pierwszy odkryli unikalne właściwości tego metalu w Naval Ordnance Laboratory.

Komercjalizacja tego stopu była możliwa dopiero dekadę później. Opóźnienie to było spowodowane głównie trudnościami w topieniu, obróbce i przetwarzaniu materiału.

Właściwości Nitinolu

Właściwości pamięci kształtu i superelastyczności są najbardziej unikalnymi właściwościami tego stopu. Właściwość pamięci kształtu pozwala temu metalowi „pamiętać” swój pierwotny kształt i zachować go po podgrzaniu powyżej jego transformacji-temperatury. Dzieje się tak z powodu różnych struktur krystalicznych niklu i tytanu. Ten pseudo-elastyczny metal wykazuje również niesamowitą elastyczność, która jest około 10 do 30 razy większa niż w przypadku każdego zwykłego metalu.

Oto kilka podstawowych właściwości fizycznych i mechanicznych tego stopu:

Właściwości fizyczne

Wygląd: jest to jasny srebrzysty metal.

Gęstość: Gęstość tego stopu wynosi 6,45 gm/ cm3

Kolejność topnienia: Jego temperatura topnienia wynosi około 1310 °C.

Resistywność: Posiada rezystywność 82 ohm-cm w wyższych temperaturach i 76 ohm-cm w niższych temperaturach.

Przewodność cieplna: Przewodność cieplna tego metalu wynosi 0,1 W/ cm-°C.

Pojemność cieplna: Jego pojemność cieplna wynosi 0,077 cal/ gm-°C.

Ciepło utajone: Ciepło utajone tego materiału wynosi 5,78 cal/ gm.

Podatność magnetyczna: Jego podatność magnetyczna wynosi 3,8 emu- gm w wysokich temperaturach i 2,5 w niskich temperaturach.

Właściwości mechaniczne

Najwyższa wytrzymałość na rozciąganie: Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie tego materiału waha się pomiędzy 754 a 960 MPa.

Typowe wydłużenie do pęknięcia: 15,5 procent

Typowa granica plastyczności: 560 MPa w wysokiej temperaturze; 100 MPa w niskiej temperaturze

Przybliżony moduł sprężystości: 75 GPa w wysokiej temperaturze; 28 GPa w niskiej temperaturze

Przybliżony współczynnik Poissona: 0,3

Wykonywanie urządzeń z nitinolu

Obróbka cieplna tego materiału jest stosunkowo łatwiejsza niż obróbka na zimno. Ogromna elastyczność tego materiału utrudnia obróbkę na zimno poprzez zwiększenie kontaktu z wałkiem. Powoduje to ekstremalne zużycie narzędzia i opory tarcia. Z tych powodów obróbka skrawaniem tego stopu jest również bardzo trudna. Fakt, że materiał ten ma słabe przewodnictwo cieplne nie pomaga w tym celu. Jest to stosunkowo łatwe do wykonania szlifowania, cięcia laserowego i obróbki elektroerozyjnej (EDM) na tym metalu.

Obróbka cieplna tego materiału jest bardzo krytyczna i delikatna. Połączenie obróbki cieplnej z obróbką na zimno jest ważne dla kontroli użytecznych właściwości tego metalu.

Druty nitinolowe

Nitinol jest używany do produkcji drutu do siłowników z pamięcią kształtu, używanego do wielu celów przemysłowych. Drut ten jest stosowany w prowadnicach, trzpieniach i pilnikach ortodontycznych. Drut ten jest idealny do zastosowań wymagających wysokich obciążeń i naprężeń plateau-rozładowania, jak również do oprawek okularów i anten telefonów komórkowych. Jednak główne zastosowania tego drutu to stenty i kosze do odzyskiwania kamieni.

Stent nitinolowy

Stop ten jest używany do produkcji stentów wewnątrznaczyniowych, które są bardzo przydatne w leczeniu różnych chorób serca. Jest on stosowany w celu poprawy przepływu krwi poprzez wstawienie złożonego stentu niklowo-tytanowego do żyły i ogrzanie go. Stenty te są również stosowane jako substytut szwów.

Nitinol Basket

Nickel titanium wire kosze są dobrze przystosowane do wielu zastosowań medycznych, ponieważ jest bardziej sprężysty i mniej collapsible niż wiele innych metali. Ten instrument koszykowy jest wysoce użyteczny dla pęcherzyka żółciowego.

Użycia Nitinolu

Oto niektóre z głównych zastosowań stopu metali Nitinol:

Zastosowania medyczne

• Stop ten jest bardzo użyteczny w stomatologii, szczególnie w ortodoncji dla drutów i klamer, które łączą zęby. Sure Smile (rodzaj aparatu ortodontycznego) jest przykładem jego ortodontycznego zastosowania.
• Jest on również stosowany w endodoncji głównie podczas kanałów korzeniowych do czyszczenia i kształtowania kanałów korzeniowych.
• W chirurgii jelita grubego, jest on stosowany w różnych urządzeniach w celu ponownego połączenia jelita po usunięciu patologii.
• Stenty nitinolowe są kolejnym znaczącym zastosowaniem tego metalu w lekach.
• Jego biokompatybilne właściwości czynią go użytecznym w implantach ortopedycznych.
• Druty nitinolowe mogą być używane do znakowania i lokalizacji guzów piersi.
• Użycie rurek nitinolowych do różnych celów medycznych jest coraz bardziej popularne.

Użycia przemysłowe

• Druty nitinolowe są używane w modelach silników cieplnych wykonywanych w celach demonstracyjnych.
• Materiał ten jest używany w regulatorach temperatury. Jego właściwości zmieniające kształt mogą być użyte do aktywacji zmiennego rezystora lub przełącznika do kontroli temperatury.
• Metal ten jest często używany w sprężynach do zegarków mechanicznych.
• Jest używany jako wysięgnik mikrofonu lub chowana antena w technologii telefonów komórkowych ze względu na jego mechaniczną i elastyczną naturę pamięci.
• Sprężyna nitinolowa jest używana w różnych gałęziach przemysłu w celu wykorzystania superelastycznych właściwości tego metalu.
• Arkusze nitinolu są używane do wykrawania, tłoczenia i głębokiego tłoczenia.

Inne zastosowania

• Jest on również używany jako wkładka do kijów golfowych ze względu na jego zdolność do zmiany kształtu.
• Jest on popularnym wyborem do produkcji wyjątkowo odpornych ram szklanych.
• Nitinol jest używany do produkcji samozginających się łyżek używanych w pokazach magii.

Nitinol Dostępność

Tytan niklu jest dostępny w różnych formach, w tym drutów, rur, arkuszy i sprężyn. NDC jest jednym z wiodących producentów i dostawców tego stopu metalu. Istnieje jednak wielu innych dostawców drutów Nitinol, rur, sprężyn itp. Różne formy tego metalu są również dostępne online w rozsądnych cenach.

Nitinol jest zaliczany do najbardziej użytecznych stopów metali z licznych zastosowań przemysłowych i medycznych. Jest to często najlepszy wybór dla wielu zastosowań, które wymagają ogromnego ruchu i elastyczności. Jednakże, materiał ten wykazał zmęczenie awarii w wielu wymagających aplikacji. Eksperci ciężko pracują w celu określenia granic wytrzymałości tego stopu metalu.

.