Chemistry Learner

Nitinolmetalllegering är en av de mest användbara legeringarna som används för olika ändamål. Den har många viktiga medicinska tillämpningar.

Vad är nitinol?

Det är en nickel- titanmetalllegering med vissa unika egenskaper. Den är också känd som nickeltitan. Denna legering uppvisar superelasticitet eller pseudoelasticitet och formminnesegenskaper. Det innebär att denna unika metall kan komma ihåg sin ursprungliga form och visar stor elasticitet under stress.

Nitinol Sammansättning

Denna metallegering består av nickel och titan. Den innehåller dessa två grundämnen i ungefär lika stora atomära procentandelar. Nickel är ett känt allergen och kan även ha cancerframkallande egenskaper. På grund av detta har nickelhalten i denna legering väckt stor oro för dess användbarhet inom den medicinska industrin.

Nitinoltillverkning

Enormt noggrann kontroll av sammansättningen krävs för att tillverka denna legering. På grund av detta är det mycket svårt att framställa denna legering. Titans extraordinära reaktivitet är ett annat hinder vid framställningen. Två primära smältmetoder används för närvarande för detta ändamål:

• Vacuum Arc Remelting: I denna metod slås en elektrisk ljusbåge mellan en vattenkyld kopparplatta och råmaterialet. Vattenkyld kopparform används för att smälta beståndsdelarna i högt vakuum för att förhindra att kol införs.
• Vakuuminduktionssmältning: Råvarorna värms upp i en koldegel med hjälp av växlande magnetfält. Detta sker också i högvakuum, men kol införs i denna process.

Bild 1 – Nitinol

Det finns inga betydande mängder data som visar att produkten från den ena metoden är bättre än den andra. Båda metoderna har olika fördelar. Andra metoder som induktionsskalsmältning, plasmabågssmältning och e-beam-smältning används också för detta ändamål i butiksskala. Fysisk förångningsdeponeringsprocess används också i laboratorier.

Nitinolsymbol

Denna metallegering betecknas med symbolerna för de ingående metallerna. Formeln för denna legering är NiTi.

Nitinol Historik

Detta material har fått sitt namn från sina beståndsdelar och sin upptäcktsplats. År 1962 upptäckte William J. Buehler och Frederick Wang först de unika egenskaperna hos denna metall vid Naval Ordnance Laboratory.

Kommersialisering av denna legering var inte möjlig förrän ett decennium senare. Denna försening berodde främst på svårigheten att smälta, bearbeta och bearbeta materialet.

Nitinol Egenskaper

Formminnes- och superelasticitetsegenskaperna är de mest unika egenskaperna hos denna legering. Formminnesegenskapen gör att denna metall ”minns” sin ursprungliga form och behåller den när den värms upp över sin omvandlingstemperatur. Det sker på grund av de olika kristallstrukturerna hos nickel och titan. Denna pseudoelastiska metall uppvisar också en otrolig elasticitet som är ungefär 10 till 30 gånger större än hos en vanlig metall.

Här är några grundläggande fysikaliska och mekaniska egenskaper hos denna legering:

Fysikaliska egenskaper

Utseende: Detta är en ljus silverfärgad metall.

Täthet: Densitet: Densiteten för denna legering är 6,45 gm/ cm3

Smältpunkt: Dess smältpunkt ligger runt 1310 °C.

Resistivitet: Den har en temperatur på cirka 1310 °C: Den har en resistivitet på 82 ohm-cm vid högre temperaturer och 76 ohm-cm vid lägre temperaturer.

Thermisk ledningsförmåga: Värmeledningsförmågan för denna metall är 0,1 W/ cm-°C.

Värmekapacitet: Värmekapaciteten är 0,077 cal/ gm-°C.

Latent värme: Detta material har en latent värme på 5,78 cal/ gm.

Magnetisk känslighet: Magnetisk mottaglighet: Dess magnetiska mottaglighet är 3,8 emu- gm vid höga temperaturer och 2,5 vid låga temperaturer.

Mekaniska egenskaper

Utomatisk draghållfasthet: Den ultimata draghållfastheten för detta material ligger mellan 754 och 960 MPa.

Typisk brottförlängning:

Typisk brottförlängning: Den maximala draghållfastheten för detta material ligger mellan 754 och 960 MPa: 15,5 procent

Typisk sträckgräns: 560 MPa vid hög temperatur; 100 MPa vid låg temperatur

Omfattande elasticitetsmodul: 75 GPa vid hög temperatur; 28 GPa vid låg temperatur

Omfattande Poissonkvot: 0,3

Förberedelse av nitinolenheter

Det är relativt enkelt att varmbearbeta detta material jämfört med kallbearbetning. Den enorma elasticiteten hos detta material försvårar kallbearbetning genom att öka rullkontakten. Detta resulterar i extremt verktygsslitage och friktionsmotstånd. Dessa orsaker gör också bearbetningen av denna legering extremt svår. Det faktum att detta material har dålig värmeledningsförmåga hjälper inte i detta syfte. Det är relativt enkelt att utföra slipning, laserskärning och elektroerosion (EDM) på denna metall.

Värmebehandling av detta material är mycket kritisk och känslig. Kombinationen värmebehandling-kallbearbetning är viktig för att kontrollera de användbara egenskaperna hos denna metall.

Nitinoltrådar

Nitinol används för att tillverka tråd för formminnesaktuatorer som används för många industriella ändamål. Denna tråd används för styrtrådar, stiletter och ortodontiska filer. Denna tråd är idealisk för tillämpningar som kräver höga platåspänningar vid lastning och lossning samt för glasögonbågar och antenner för mobiltelefoner. De huvudsakliga användningsområdena för denna tråd är dock i stents och stenhämtningskorgar.

Nitinol Stent

Denna legering används för tillverkning av endovaskulära stents som är mycket användbara vid behandling av olika hjärtsjukdomar. Den används för att förbättra blodflödet genom att föra in en kollapsad stent av nickeltitan i en ven och värma upp den. Dessa stentar används också som ersättning för suturer.

Nitinolkorg

Nickeltitan trådkorgar är väl lämpade för många medicinska tillämpningar eftersom den är mer fjädrande och mindre kollapsbar än många andra metaller. Detta korginstrument är mycket användbart för gallblåsan.

Nitinol Användningar

Här är några av de viktigaste tillämpningarna av nitinolmetalllegeringen:

Medicinska tillämpningar

• Denna legering är mycket användbar inom tandvården, särskilt inom ortodonti för trådar och fästen som förbinder tänderna. Sure Smile (en typ av tandställning) är ett exempel på dess ortodontiska tillämpning.
• Den används också i endodonti främst under rotkanaler för att rengöra och forma rotkanalerna.
• I kolorektalkirurgi används den i olika anordningar i syfte att återansluta tarmen efter att patologin har avlägsnats.
• Nitinolstentar är en annan viktig tillämpning av denna metall inom medicinen.
• De biokompatibla egenskaperna gör den användbar i ortopediska implantat.
• Nitinoltrådar kan användas för att markera och lokalisera brösttumörer.
• Användningen av nitinolslangar för olika medicinska ändamål ökar i popularitet.

Industriell användning

• Nitinoltrådar används i modellvärmemotorer som tillverkas i demonstrationssyfte.
• Detta material används i temperaturkontroller. Dess formförändrande egenskaper kan användas för att aktivera ett variabelt motstånd eller en strömbrytare för att kontrollera temperaturen.
• Denna metall används ofta i mekaniska klockfjädrar.
• Den används som mikrofonbom eller en utdragbar antenn i mobiltelefonteknik på grund av dess mekaniska och flexibla minneskaraktär.
• Nitinolfjädrar används i olika industrier i syfte att utnyttja de superelastiska egenskaperna hos denna metall.
• Nitinolplattor används för stansning, stansning och djupdragning.

Andra användningsområden

• Den används också som insats i golfklubbor för sin formförändrande förmåga.
• Den är ett populärt val för att tillverka extremt fjädrande glasramar.
• Nitinol används för att göra självböjande skedar som används i trollerishower.

Nitinol Tillgänglighet

Nickeltitan finns i olika former, bland annat som trådar, rör, plåtar och fjädrar. NDC är en av de ledande tillverkarna och leverantörerna av denna metallegering. Det finns dock många andra leverantörer av nitinoltrådar, rör, fjädrar etc. Olika former av denna metall finns också tillgängliga online till rimliga priser.

Nitinol räknas till de mest användbara metallegeringarna med många industriella och medicinska tillämpningar. Det är ofta det bästa valet för många tillämpningar som kräver enorma rörelser och flexibilitet. Detta material har dock visat utmattningsfel i många krävande tillämpningar. Experter arbetar hårt för att definiera hållbarhetsgränserna för denna metallegering.