Chemistry Learner

Legatul metalic nitinol este unul dintre cele mai utile aliaje utilizate în diverse scopuri. Are numeroase aplicații medicale importante.

Ce este nitinolul?

Este un aliaj metalic de nichel-titan cu unele proprietăți unice. Este cunoscut și sub denumirea de nichel titan. Acest aliaj prezintă supraelasticitate sau pseudoelasticitate și proprietăți de memorie a formei. Aceasta înseamnă că acest metal unic își poate aminti forma inițială și prezintă o mare elasticitate sub tensiune.

Compoziția nitinolului

Acest aliaj metalic este compus din nichel și titan. Acesta conține aceste două elemente la procente atomice aproximativ egale. Nichelul este un alergen cunoscut și ar putea avea, de asemenea, proprietăți cancerigene. Din acest motiv, conținutul de nichel al acestui aliaj a stârnit mari îngrijorări cu privire la utilitatea sa în industria medicală.

Producție de nitinol

Pentru fabricarea acestui aliaj este necesar un control extrem de riguros al compoziției. Din acest motiv, este foarte dificil de preparat acest aliaj. Reactivitatea extraordinară a titanului este un alt obstacol în prepararea sa. Două metode principale de topire sunt utilizate în prezent în acest scop:

• Refacerea cu arc în vid: În această metodă, un arc electric este declanșat între o placă de contact din cupru răcit cu apă și materiile prime. Matrița de cupru răcită cu apă este utilizată pentru topirea constituenților în vid înalt pentru a preveni introducerea carbonului.
• Topirea prin inducție în vid: Materiile prime sunt încălzite într-un creuzet de carbon cu ajutorul unor câmpuri magnetice alternative. Aceasta se realizează, de asemenea, în vid înalt; cu toate acestea, carbonul este introdus în acest proces.

Imagine 1 – Nitinol

Nu există cantități considerabile de date care să arate că produsul unei metode este mai bun decât al celeilalte. Ambele aceste metode au diferite avantaje de oferit. Alte metode, cum ar fi topirea prin inducție a craniului, topirea cu arc cu plasmă și topirea cu fascicul electronic, sunt, de asemenea, utilizate în acest scop la scară artizanală. Procedeul de depunere fizică în stare de vapori este, de asemenea, utilizat în laboratoare.

Simbolul nitinolului

Acest aliaj metalic este indicat prin simbolurile metalelor care îl compun. Formula acestui aliaj este NiTi.

Nitinol Istoric

Acest material și-a derivat numele de la constituenții săi și de la locul descoperirii sale. În 1962, William J. Buehler și Frederick Wang au descoperit pentru prima dată proprietățile unice ale acestui metal la Naval Ordnance Laboratory.

Comercializarea acestui aliaj nu a fost posibilă decât un deceniu mai târziu. Această întârziere a fost cauzată în principal de dificultatea de topire, prelucrare și procesare a materialului.

Proprietăți ale nitinolului

Proprietățile de memorie a formei și de supraelasticitate sunt cele mai unice proprietăți ale acestui aliaj. Proprietatea de memorie a formei permite acestui metal să își „amintească” forma inițială și să o păstreze atunci când este încălzit peste temperatura sa de transformare. Acest lucru se întâmplă datorită structurilor cristaline diferite ale nichelului și titanului. Acest metal pseudo-elastic prezintă, de asemenea, o elasticitate incredibilă, care este de aproximativ 10 până la 30 de ori mai mare decât cea a oricărui metal obișnuit.

Iată câteva proprietăți fizice și mecanice de bază ale acestui aliaj:

Proprietăți fizice

Aparență: este un metal argintiu strălucitor.

Densitate: Densitatea acestui aliaj este de 6,45 gm/ cm3

Punctul de topire: Punctul său de topire este în jur de 1310 °C.

Rezistența: Are o rezistivitate de 82 ohm-cm la temperaturi mai ridicate și de 76 ohm-cm la temperaturi mai scăzute.

Conductivitate termică: Conductivitatea termică a acestui metal este de 0,1 W/ cm-°C.

Capacitatea termică: Capacitatea sa termică este de 0,077 cal/ gm-°C.

Căldura latentă: Acest material are o căldură latentă de 5,78 cal/ gm.

Susceptibilitate magnetică: Susceptibilitatea sa magnetică este de 3,8 emu- gm la temperaturi ridicate și de 2,5 la temperaturi scăzute.

Proprietăți mecanice

Rezistența ultimă la tracțiune: Rezistența la rupere la tracțiune a acestui material variază între 754 și 960 MPa.

Alungirea tipică la rupere: 15,5 la sută

Rezistența la curgere tipică: 560 MPa la temperaturi ridicate; 100 MPa la temperaturi scăzute

Modulul elastic aproximativ: 75 GPa la temperaturi ridicate; 28 GPa la temperaturi scăzute

Raportul Poisson aproximativ: 0,3

Fabricarea dispozitivelor din nitinol

Lucrarea la cald a acestui material este relativ mai ușoară decât la rece. Elasticitatea enormă a acestui material îngreunează prelucrarea la rece prin creșterea contactului cu rolele. Acest lucru duce la o uzură extremă a sculei și la rezistență la frecare. Aceste motive fac, de asemenea, ca prelucrarea acestui aliaj să fie extrem de dificilă. Faptul că acest material are o conductivitate termică slabă nu ajută în acest scop. Este relativ ușor de realizat rectificarea, tăierea cu laser și prelucrarea prin electroeroziune (EDM) pe acest metal.

Tratarea termică a acestui material este foarte critică și delicată. Combinația tratament termic – prelucrare la rece este importantă pentru a controla proprietățile utile ale acestui metal.

Fire de nitinol

Nitinolul este utilizat pentru fabricarea firelor de acționare cu memorie de formă utilizate în numeroase scopuri industriale. Această sârmă este utilizată pentru sârme de ghidare, stilete și fișiere ortodontice. Această sârmă este ideală pentru aplicații care necesită tensiuni de platou de încărcare și descărcare ridicate, precum și pentru rame de ochelari și antene de telefonie mobilă. Cu toate acestea, principalele utilizări ale acestei sârme sunt la stenturi și la coșurile de recuperare a pietrelor.

Nitinol Stent

Acest aliaj este utilizat pentru fabricarea stenturilor endovasculare care sunt foarte utile în tratarea diferitelor boli de inimă. Este utilizat pentru a îmbunătăți fluxul sanguin prin introducerea unui stent de titan cu nichel colapsat într-o venă și încălzirea acestuia. Aceste stenturi sunt, de asemenea, folosite ca substitut pentru suturi.

Coșul de nitinol

Coșurile din sârmă de titan cu nichel sunt foarte potrivite pentru multe aplicații medicale, deoarece este mai elastic și mai puțin colapsabil decât multe alte metale. Acest instrument de coș este foarte util pentru vezica biliară.

Utilizări ale nitinolului

Iată câteva dintre principalele aplicații ale aliajului metalic Nitinol:

Aplicații medicale

• Acest aliaj este foarte util în stomatologie, în special în ortodonție pentru firele și parantezele care conectează dinții. Sure Smile (un tip de aparat dentar) este un exemplu al aplicației sale ortodontice.
• Este, de asemenea, utilizat în endodonție, în principal în timpul canalelor radiculare pentru curățarea și modelarea canalelor radiculare.
• În chirurgia colorectală, este utilizat în diverse dispozitive cu scopul de a reconecta intestinul după ce patologia este îndepărtată.
• Stenturile de nitinol sunt o altă aplicație semnificativă a acestui metal în medicamente.
• Proprietățile sale biocompatibile îl fac util în implanturile ortopedice.
• Firele de nitinol pot fi folosite pentru marcarea și localizarea tumorilor mamare.
• Utilizarea tuburilor de nitinol în diverse scopuri medicale este din ce în ce mai populară.

Utilizări industriale

• Firele de nitinol sunt utilizate în modelele de motoare termice realizate în scopuri demonstrative.
• Acest material este utilizat în controlul temperaturii. Proprietățile sale de schimbare a formei pot fi folosite pentru activarea unui rezistor variabil sau a unui comutator pentru controlul temperaturii.
• Acest metal este adesea folosit la arcuri mecanice pentru ceasuri.
• Se folosește ca braț de microfon sau ca antenă retractabilă în tehnologia telefoanelor mobile pentru natura sa mecanică și flexibilă cu memorie.
• Arcurile din nitinol sunt folosite în diverse industrii cu scopul de a utiliza proprietățile superelastice ale acestui metal.
• Fibrele de nitinol sunt folosite pentru perforare, ștanțare și ambutisare.

Alte utilizări

• Se folosește, de asemenea, ca inserție pentru crosele de golf pentru abilitățile sale de schimbare a formei.
• Este o alegere populară pentru fabricarea ramei de sticlă extrem de rezistentă.
• Nitinolul este folosit pentru fabricarea de linguri care se îndoaie singure, folosite în spectacolele de magie.

Disponibilitatea nitinolului

Titanul de nichel este disponibil în diverse forme, inclusiv fire, tuburi, foi și arcuri. NDC este unul dintre cei mai importanți producători și furnizori ai acestui aliaj metalic. Cu toate acestea, există mulți alți furnizori de sârme, tuburi, arcuri etc. din Nitinol. Diferite forme ale acestui metal sunt, de asemenea, disponibile online la prețuri rezonabile.

Nitinolul se numără printre cele mai utile aliaje metalice cu numeroase aplicații industriale și medicale. Este adesea cea mai bună alegere pentru multe aplicații care necesită o mișcare și o flexibilitate enormă. Cu toate acestea, acest material a prezentat cedări la oboseală în multe aplicații solicitante. Experții lucrează din greu în scopul de a defini limitele de durabilitate ale acestui aliaj metalic.

.