Jak funguje Nitinolový drát

Jak funguje Nitinolový drát?

Nitinolový drát je známý pro své jedinečné vlastnosti a všestranné aplikace mimo jiné v biomedicínském, leteckém a automobilovém průmyslu. Nitinol, nazývaný také slitina niklu a titanu, je slitina s tvarovou pamětí, která vykazuje superelasticitu a efekt tvarové paměti při různých teplotách. Jak to funguje? V tomto článku prozkoumáme výrobní proces, fyzikální vlastnosti a aplikace nitinolového drátu.

Co je Nitinol Wire?

Nitinolový drátje typ slitiny s tvarovou pamětí, která je vyrobena z přibližně 50 procent hmotnostních niklu a 50 procent titanu. Byl objeven v roce 1962 Williamem Buehlerem a Frederickem Wangem v US Naval Ordnance Laboratory. Nitinol odvozuje svůj název od svého složení, tj. nikl (Ni), titan (Ti) a Naval Ordnance Laboratory (NOL). Nitinolový drát získal významnou pozornost díky svým jedinečným vlastnostem, včetně superelasticity, efektu tvarové paměti, biokompatibility a odolnosti proti korozi. Tyto vlastnosti z něj dělají ideální materiál pro širokou škálu aplikací, jako jsou stenty, ortodontické dráty, filtry krevních sraženin a součásti motorů automobilů.

Jak vyrobit Nitinolový drát?

Výrobní proces nitinolového drátu zahrnuje několik kroků, včetně tavení slitiny, odlévání, válcování za tepla, válcování za studena, žíhání a tažení drátu. Prvním krokem je roztavení niklu a titanu dohromady ve vakuové peci za kontrolovaných podmínek, aby se dosáhlo požadovaného složení a čistoty. Dále je roztavená slitina odlita do tvaru ingotu a válcována za tepla na tenký plech. Plech je poté válcován za studena na požadovanou tloušťku a následuje žíhání, aby se odstranila zbytková napětí a zlepšila se tažnost materiálu. Nakonec se žíhaný plech protáhne řadou lisovacích nástrojů, aby se získal požadovaný průměr, povrchová úprava a přímost. Nitinolový drát lze vyrábět v různých formách, jako je kulatý, plochý a obdélníkový, v závislosti na požadavcích aplikace.

Jaké jsou vlastnosti Nitinolového drátu?

Nitinolový drát má několik jedinečných vlastností, které z něj činí cenný materiál v mnoha průmyslových odvětvích. Jednou z nejznámějších vlastností je jeho efekt tvarové paměti. Nitinolový drát si dokáže „pamatovat“ svůj původní tvar a po deformaci za určitých podmínek se do něj může vrátit. Pokud je například nitinolový drát ohnut do určitého tvaru při nízkých teplotách, po zahřátí se vrátí do původního tvaru. Kromě toho nitinol vykazuje superelasticitu, známou také jako pseudoelasticita, kdy materiál snese velké namáhání bez trvalé deformace. Díky této vlastnosti je ideální pro aplikace, které vyžadují flexibilitu a odolnost, jako jsou stenty a ortodoncie. Kromě toho je nitinolový drát biokompatibilní, což znamená, že nevyvolává nepříznivou reakci v lidském těle, takže je ideální pro použití v lékařských zařízeních.

Jak tvarovat Nitinolový drát?

Tvarování nitinolového drátu vyžaduje pochopení jeho reakce na změny teploty.Nitinolmá dvě odlišné fáze: austenit a martenzit, které existují při různých teplotách. Při nízkých teplotách je nitinol ve fázi martenzitu, který je měkký a snadno se ohýbá, ale nevrátí se do původního tvaru. Při vysokých teplotách přechází nitinol do austenitové fáze, kde je tvrdší a při deformaci může získat svůj původní tvar. Proto, aby se tvaroval nitinolový drát, musí být zahřát nad jeho přechodovou teplotu, typicky mezi 500 až 600 stupni, do austenitové fáze. Jakmile je vytvarován, může být nitinolový drát ochlazen na martenzitovou fázi, aby se uzamkl ve svém novém tvaru. Zahřívání nitinolového drátu způsobí jeho návrat do původního tvaru.

Jak používat Nitinolový drát?

Nitinolový drát má různé aplikace v několika průmyslových odvětvích. Jedno z nejrozšířenějších použití nitinolového drátu je v lékařském průmyslu, kde se používá ve stentech, ortodoncii a chirurgických zařízeních. Nitinolové stenty se používají k udržení otevřených krevních cév, zatímco ortodontické dráty se používají k narovnání zubů. Kromě toho se nitinolový drát používá v leteckém průmyslu pro aktuátory s tvarovou pamětí v letadlech, protože je lehký a odolný. Nitinolový drát se také používá v automobilovém inženýrství pro pochopení vibrací motoru, zkoumání schémat tlumení hluku a mechanismu tlumení.

Závěr

Závěrem lze říci, že nitinolový drát je všestranný materiál s jedinečnými vlastnostmi, díky kterým je užitečný v různých aplikacích. Pochopení jeho výrobního procesu, fyzikálních vlastností a aplikací může jednotlivcům pomoci ocenit potenciál a všestrannost tohoto materiálu. Díky své superelasticitě, efektu tvarové paměti, trvanlivosti a biokompatibilitě je nitinolový drát i nadále v popředí technologického pokroku.

Reference:

1. http://journals.sagepub.com/doi/full/10.1243/095441105X69847

2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4230702/

3. https://www.thoughtco.com/nitinol-373296

4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4665485/

5. https://www.mechanicalbooster.com/2016/10/what-is-nitinol-alloy-how-it-works.html