Nitinol (UNS N01555) ist eine Metalllegierung aus Nickel und Titan, in der die beiden Elemente zu etwa gleichen Atomprozenten enthalten sind (55 bis 56 Prozent des Gewichts Nickel). Nitinol weist die einzigartigen Eigenschaften des Formgedächtnisses (SM) und der Super-Elastizität (SE) auf.
Ein Gastbeitrag von Geir Moe, Nickel Institute
Nitinol verfügt über ein Formgedächtnis und kann verformt werden, kehrt aber bei Erwärmung auf eine höhere Temperatur als seine ‘„Umwandlungstemperatur“ in seine ursprüngliche Struktur zurück. Diese Eigenschaften sind auf eine Phasenumwandlung (eine Änderung der Kristallstruktur) zurückzuführen. Unterhalb der Umwandlungstemperatur wird die Mikrostruktur als Martensit bezeichnet, während sie oberhalb dieser Temperatur als Austenit bezeichnet wird.
Nitinol zeigt Super-Elastizität oberhalb seiner Umwandlungstemperatur, da sich in Bereichen, die unter Spannung stehen, martensitische Strukturen bilden. Wird die Belastung aufgehoben, kehrt dieser Martensit in den unverformten Austenitzustand zurück. Während die meisten Metalle nur einen kleinen Bruchteil einer prozentualen Dehnung ohne bleibende Verformung verkraften, kann Nitinol eine Dehnung von bis zu acht Prozent verkraften und in seine ursprüngliche Form zurückkehren.
Auf ähnliche Weise ermöglicht das Formgedächtnis, dass Nitinol nach einer Verformung in seine ursprüngliche Struktur zurückkehrt. Um die ursprüngliche „Stammform“ zu fixieren, muss die Legierung in ihrer Position gehalten und auf etwa 500 °C (930 °F) erhitzt werden.
Dieser Vorgang wird als Formverfestigung bezeichnet. Wenn Nitinol auf eine Temperatur unterhalb seiner Umwandlungstemperatur verformt wird, kehrt es in seine ursprüngliche Form zurück. Einfaches Erhitzen des Nitinols bewirkt, dass sich der Martensit wieder in den unverformten Austenit zurückverwandelt.
Kleine Änderungen in der Zusammensetzung können die Umwandlungstemperatur der Legierung erheblich verändern. Die Umwandlungstemperaturen von Nitinol können innerhalb eines Bereichs von etwa -20 bis +110 °C (-4 bis 230 °F) eingestellt werden.
Anwendungen im Gesundheitswesen und in der Medizintechnik nutzen zunehmend die Eigenschaften von Nitinol, darunter
Ohrimplantate, Brillengestelle und Stents. Ein medizinischer Stent muss stark komprimiert werden, damit er in eine Arterie eingeführt werden kann. Wenn die Kompression aufgehoben wird, wird er wieder ausgefahren, um die Arterie zu stützen und offen zu halten.
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