Aprendiz de química

La aleación metálica de nitinol es una de las aleaciones más útiles utilizadas para diversos fines. Tiene numerosas aplicaciones médicas importantes.

¿Qué es el nitinol?

Es una aleación de metal de níquel y titanio con algunas propiedades únicas. También se conoce como Níquel titanio. Esta aleación exhibe la superelasticidad o pseudoelasticidad y las propiedades de memoria de forma. Esto significa que este metal único puede recordar su forma original y muestra una gran elasticidad bajo estrés.

Composición de nitinol

Esta aleación de metal se compone de níquel y titanio. Contiene estos dos elementos en porcentajes atómicos aproximadamente iguales. El níquel es un alérgeno conocido y también podría tener propiedades carcinógenas. Debido a esta razón, el contenido de níquel de esta aleación ha planteado grandes preocupaciones sobre su utilidad en la industria médica.

Producción de nitinol

Se requiere un control de composición extremadamente ajustado para hacer esta aleación. Debido a esta razón, es muy difícil preparar esta aleación. La extraordinaria reactividad del titanio es otro obstáculo en su preparación. Actualmente se utilizan dos métodos de fusión primarios para este fin:

• Refundición de arco de vacío: En este método, se golpea un arco eléctrico entre una placa de cobre enfriada por agua y las materias primas. El molde de cobre refrigerado por agua se utiliza para fundir los componentes en alto vacío para evitar la introducción de carbono.
• Fusión por inducción al vacío: Las materias primas se calientan en un crisol de carbono mediante campos magnéticos alternos. Esto también se logra en alto vacío; sin embargo, el carbono se introduce en este proceso.

Imagen 1-Nitinol

No hay cantidades considerables de datos que muestren que el producto de un método es mejor que el otro. Ambos métodos tienen diferentes ventajas que ofrecer. Otros métodos como la fusión de cráneo por inducción, la fusión de arco de plasma y la fusión de haz electrónico también se utilizan para este propósito a escala boutique. El proceso de deposición física de vapor también se utiliza en laboratorios.

Símbolo de nitinol

Esta aleación de metal se denota por los símbolos de sus metales constituyentes. La fórmula para esta aleación es NiTi.

Historia del nitinol

Este material deriva su nombre de sus componentes y su lugar de descubrimiento. En 1962, William J. Buehler y Frederick Wang descubrieron por primera vez las propiedades únicas de este metal en el Laboratorio de Artillería Naval.

La comercialización de esta aleación no fue posible hasta una década después. Este retraso se debió principalmente a la dificultad de fundir, mecanizar y procesar el material.

Propiedades de nitinol

La memoria de forma y las propiedades de superelasticidad son las propiedades más exclusivas de esta aleación. La propiedad memoria de forma permite que este metal «recuerde» su forma original y la retenga cuando se calienta por encima de su temperatura de transformación. Sucede debido a las diferentes estructuras cristalinas de níquel y titanio. Este metal pseudoelástico también muestra una elasticidad increíble que es aproximadamente de 10 a 30 veces más que la de cualquier metal ordinario.

Aquí hay algunas propiedades físicas y mecánicas básicas de esta aleación:

Propiedades físicas

Apariencia: este es un metal plateado brillante.

Densidad: La densidad de esta aleación es de 6.45 gm/ cm3

Punto de fusión: Su punto de fusión es de alrededor de 1310 °C.

Resistividad: Tiene una resistividad de 82 ohmios-cm en temperaturas más altas y 76 ohmios-cm en temperaturas más bajas.

Conductividad Térmica: La conductividad térmica de este metal es de 0,1 W/ cm-°C.

Capacidad de Calor: Su capacidad calorífica es 0.077 cal/ gm-°C.

Calor Latente: este material tiene un calor latente de 5.78 cal/ gm.

Susceptibilidad magnética: Su susceptibilidad magnética es de 3,8 emu-gm en altas temperaturas y de 2,5 en bajas temperaturas.

Propiedades mecánicas

Resistencia a la tracción final: La resistencia a la tracción final de este material oscila entre 754 y 960 MPa.

Alargamiento típico a fractura: 15,5 por ciento

Límite elástico típico: 560 MPa en alta temperatura; 100 MPa en baja temperatura

Módulo elástico aproximado: 75 GPa en alta temperatura; 28 GPa en baja temperatura

Relación aproximada de Poisson: 0.3

Hacer dispositivos de nitinol

El trabajo en caliente de este material es relativamente fácil que el trabajo en frío. La enorme elasticidad de este material dificulta el trabajo en frío al aumentar el contacto con los rodillos. Esto resulta en un desgaste extremo de la herramienta y una resistencia a la fricción. Estas razones también hacen que el mecanizado de esta aleación sea extremadamente difícil. El hecho de que este material tenga una conductividad térmica deficiente no ayuda en este propósito. Es relativamente fácil realizar Rectificado, corte por láser y Mecanizado por Descarga Eléctrica (EDM) en este metal.

El tratamiento térmico de este material es muy crítico y delicado. La combinación tratamiento térmico-trabajo en frío es importante para controlar las propiedades útiles de este metal.

Alambres de nitinol

El nitinol se utiliza para fabricar cables de actuador con memoria de forma utilizados para numerosos fines industriales. Este cable se utiliza para guías, estiletes y limas de ortodoncia. Este cable es ideal para aplicaciones que requieren altas tensiones de meseta de carga y descarga, así como para marcos de anteojos y antenas de teléfonos celulares. Sin embargo, los principales usos de este alambre son en stents y cestas de recuperación de cálculos.

Stent de nitinol

Esta aleación se utiliza para fabricar stents endovasculares que son muy útiles en el tratamiento de diversas enfermedades cardíacas. Se utiliza para mejorar el flujo sanguíneo insertando un stent de titanio de níquel colapsado en una vena y calentándolo. Estos stents también se utilizan como sustitutos de las suturas.

Cesta de nitinol

Las cestas de alambre de titanio de níquel son adecuadas para muchas aplicaciones médicas, ya que son más flexibles y menos plegables que muchos otros metales. Este instrumento de canasta es muy útil para la vesícula biliar.

Usos de nitinol

Estas son algunas de las principales aplicaciones de la aleación metálica de Nitinol:

Aplicaciones médicas

• Esta aleación es muy útil en odontología, especialmente en ortodoncia para cables y brackets que conectan los dientes. Sure Smile (un tipo de aparatos ortopédicos) es un ejemplo de su aplicación de ortodoncia.
• También se utiliza en endodoncia principalmente durante los conductos radiculares para limpiar y dar forma a los conductos radiculares.
• En cirugía colorrectal, se utiliza en varios dispositivos con el fin de reconectar el intestino después de que se extirpa la patología.
• Los stents de nitinol son otra aplicación importante de este metal en medicamentos.
• Sus propiedades biocompatibles lo hacen útil en implantes ortopédicos.
• Los alambres de nitinol se pueden usar para marcar y localizar tumores de mama.
• El uso de tubos de nitinol para diversos fines médicos está aumentando en popularidad.

Usos industriales

• Los alambres de nitinol se utilizan en modelos de motores térmicos fabricados con fines de demostración.
• Este material se utiliza en controles de temperatura. Sus propiedades de cambio de forma se pueden utilizar para activar una resistencia variable o un interruptor para controlar la temperatura.
• Este metal se usa a menudo en muelles mecánicos para relojes.
• Se utiliza como pluma de micrófono o antena retráctil en la tecnología de teléfonos celulares por su naturaleza de memoria mecánica y flexible.
• El resorte de nitinol se utiliza en varias industrias con el propósito de utilizar las propiedades superelásticas de este metal.
• Las láminas de nitinol se utilizan para perforar, estampar y embutizar profundamente.

Otros usos

• También se utiliza como inserto para palos de golf por sus habilidades de cambio de forma.
• Es una opción popular para hacer marcos de vidrio extremadamente resistentes.
• El nitinol se utiliza para hacer cucharas plegables que se usan en espectáculos de magia.

Nitinol Disponibilidad

El titanio de níquel está disponible en varias formas, incluidos alambres, tubos, láminas y resortes. NDC es uno de los principales fabricantes y proveedores de esta aleación de metal. Sin embargo, hay muchos otros proveedores de alambres, tubos, resortes de nitinol, etc. Diferentes formas de este metal también están disponibles en línea a precios razonables.

El nitinol se cuenta entre las aleaciones metálicas más útiles con numerosas aplicaciones industriales y médicas. A menudo es la mejor opción para muchas aplicaciones que requieren un gran movimiento y flexibilidad. Sin embargo, este material ha mostrado fallas por fatiga en muchas aplicaciones exigentes. Los expertos están trabajando arduamente con el propósito de definir los límites de durabilidad de esta aleación de metal.