Kemi lærende

Nitinol metallegering er en af de mest nyttige legeringer, der anvendes til forskellige formål. Det har mange vigtige medicinske anvendelser.

Hvad er Nitinol?

det er en nikkel – titanium metallegering med nogle unikke egenskaber. Det er også kendt som nikkel titanium. Denne legering udviser superelasticitet eller pseudoelasticitet og formhukommelsesegenskaber. Det betyder, at dette unikke metal kan huske sin oprindelige form og viser stor elasticitet under stress.

Nitinol sammensætning

denne metallegering er sammensat af nikkel og titanium. Den indeholder disse to elementer med omtrent lige store atomprocenter. Nikkel er et kendt allergen, og det kan også have kræftfremkaldende egenskaber. På grund af denne grund har nikkelindholdet i denne legering rejst stor bekymring for dets anvendelighed i medicinsk industri.

Nitinol produktion

ekstremt stram kompositionskontrol er nødvendig for at gøre denne legering. På grund af denne grund er det meget svært at forberede denne legering. Den ekstraordinære reaktivitet af titanium er en anden hindring i dens forberedelse. To primære smeltemetoder anvendes i øjeblikket til dette formål:

• omsmeltning af Vakuumbue: ved denne metode rammes en elektrisk lysbue mellem en vandkølet kobberstrejkeplade og råmaterialerne. Vandkølet kobberform anvendes til smeltning af bestanddelene i højt vakuum for at forhindre indføring af kulstof.
• Vakuuminduktionssmeltning: råmaterialerne opvarmes i en kulstofdigel ved hjælp af skiftende magnetfelter. Dette opnås også i højvakuum; imidlertid introduceres kulstof i denne proces.

billede 1 – Nitinol

der er ingen betydelige mængder data, der viser, at produktet af den ene metode er bedre end den anden. Begge disse metoder har forskellige fordele at tilbyde. Andre metoder som induktionsskallesmeltning, plasmabuesmeltning og e-strålesmeltning bruges også til dette formål i butikskala. Fysisk dampaflejringsproces anvendes også i laboratorier.

Nitinol Symbol

denne metallegering er betegnet med symbolerne for dets bestanddele. Formlen for denne legering er NiTi.

Nitinol historie

dette materiale stammer sit navn fra dets bestanddele og dets opdagelsessted. I 1962 opdagede Vilhelm Buehler og Frederick Vang først de unikke egenskaber ved dette metal på Naval Ordnance Laboratory.

kommercialisering af denne legering var først mulig et årti senere. Denne forsinkelse skyldtes hovedsageligt vanskeligheden ved at smelte, bearbejde og behandle materialet.

Nitinol egenskaber

formhukommelsen og superelasticitetsegenskaberne er de mest unikke egenskaber ved denne legering. Formhukommelsesegenskaben gør det muligt for dette metal at “huske” sin oprindelige form og beholde den, når den opvarmes over dens transformationstemperatur. Det sker på grund af de forskellige krystalstrukturer af nikkel og titanium. Dette pseudoelastiske metal viser også utrolig elasticitet, som er cirka 10 til 30 gange mere end for ethvert almindeligt metal.

her er nogle grundlæggende fysiske og mekaniske egenskaber af denne legering:

fysiske egenskaber

udseende: Dette er et lyst sølvfarvet metal.

densitet: densiteten af denne legering er 6,45 gm/ cm3

smeltepunkt: dens smeltepunkt er omkring 1310 liter C.

resistivitet: den har en resistivitet på 82 ohm-cm ved højere temperaturer og 76 ohm-cm ved lavere temperaturer.

termisk ledningsevne: dette metals termiske ledningsevne er 0,1 vægt/ cm-liter C.

varmekapacitet: dens varmekapacitet er 0,077 cal/ gm-liter C.

Latent varme: dette materiale har en latent varme på 5,78 cal/ gm.

magnetisk modtagelighed: dens magnetiske modtagelighed er 3,8 emu – gm ved høje temperaturer og 2,5 ved lave temperaturer.

mekaniske egenskaber

ultimativ trækstyrke: den ultimative trækstyrke af dette materiale varierer mellem 754 og 960 MPa.

typisk forlængelse til brud: 15,5 procent

typisk udbyttestyrke: 560 MPa ved høj temperatur; 100 MPa ved lav temperatur

omtrentlig elastisk modul: 75 GPa ved høj temperatur; 28 GPa ved lav temperatur

omtrentlig Poissons forhold: 0.3

fremstilling af Nitinol-enheder

varm bearbejdning af dette materiale er relativt let end koldbearbejdning. Den enorme elasticitet af dette materiale gør koldbearbejdning vanskelig ved at øge rullekontakten. Dette resulterer i ekstrem værktøjsslitage og friktionsmodstand. Disse grunde gør også bearbejdning af denne legering ekstremt vanskelig. Det faktum, at dette materiale har dårlig varmeledningsevne, hjælper ikke med dette formål. Det er relativt let at udføre slibning, laserskæring og elektrisk Udladningsbearbejdning (EDM) på dette metal.

varmebehandling af dette materiale er meget kritisk og delikat. Varmebehandlings – kold arbejdskombinationen er vigtig for at kontrollere de nyttige egenskaber ved dette metal.

Nitinol ledninger

Nitinol bruges til fremstilling af formhukommelsesaktuatortråd, der bruges til adskillige industrielle formål. Denne ledning bruges til styreledninger, styletter og ortodontiske filer. Denne ledning er ideel til applikationer, der kræver høj belastning og losning af plateau-belastninger såvel som til brillestel og mobiltelefonantenner. Imidlertid, de vigtigste anvendelser af denne ledning er i stenter og sten hentning kurve.

Nitinolstent

denne legering anvendes til fremstilling af endovaskulære stenter, som er yderst nyttige til behandling af forskellige hjertesygdomme. Det bruges til at forbedre blodgennemstrømningen ved at indsætte en sammenbrudt nikkel titanium stent i en vene og opvarme den. Disse stenter bruges også som erstatning for suturer.

Nitinolkurv

nikkel titanium trådkurve er velegnede til mange medicinske anvendelser, da det er fjedrende og mindre sammenklappeligt end mange andre metaller. Dette kurvinstrument er meget nyttigt til galdeblæren.

Nitinol bruger

her er nogle af de vigtigste anvendelser af Nitinol metallegering:

medicinske anvendelser

• denne legering er meget nyttig i tandpleje, især i ortodonti til ledninger og beslag, der forbinder tænderne. Sure Smile (en type seler) er et eksempel på dens ortodontiske anvendelse.
• det bruges også i endodontisk hovedsageligt under rodkanaler til rengøring og formning af rodkanalerne.
• i kolorektal kirurgi anvendes den i forskellige enheder med det formål at genoprette tarmene, efter at patologien er fjernet.
• Nitinolstenter er en anden væsentlig anvendelse af dette metal i medicin.
• dens biokompatible egenskaber gør nyttige i ortopædiske implantater.
• Nitinol ledninger kan bruges til mærkning og lokalisering af brysttumorer.
• brugen af Nitinolrør til forskellige medicinske formål er stigende i popularitet.

industrielle anvendelser

• Nitinol ledninger anvendes i modelvarmemotorer lavet til demonstrationsformål.
• dette materiale anvendes i temperaturstyring. Dens formændrende egenskaber kan bruges til at aktivere en variabel modstand eller en kontakt til styring af temperaturen.
• dette metal bruges ofte i mekaniske urfjedre.
• det bruges som mikrofonbom eller en udtrækkelig antenne i mobiltelefonteknologi på grund af dens mekaniske og fleksible hukommelsestype.
• Nitinolfjeder anvendes i forskellige industrier med det formål at udnytte de superelastiske egenskaber af dette metal.
• Nitinol ark bruges til stansning, stempling og dyb tegning.

andre anvendelser

• det bruges også som en indsats til golfkøller for dens formændrende evner.
• det er et populært valg til at lave ekstremt elastiske glasrammer.
• Nitinol bruges til at lave selvbøjende skeer, der bruges i magiske viser.

Nitinol tilgængelighed

nikkel titanium Fås i forskellige former, herunder ledninger, rør, plader og fjedre. NDC er en af de førende producenter og leverandører af denne metallegering. Der er dog mange andre leverandører af Nitinoltråde, rør, fjedre osv. Forskellige former for dette metal er også tilgængelige online til rimelige priser.

Nitinol regnes blandt de mest nyttige metallegeringer med mange industrielle og medicinske anvendelser. Det er ofte det bedste valg til mange applikationer, der kræver enorm bevægelse og fleksibilitet. Imidlertid har dette materiale vist træthedsfejl i mange krævende applikationer. Eksperter arbejder hårdt med det formål at definere holdbarhedsgrænserne for denne metallegering.