به طور کلی آلیاژها از جمله ترکیبات فلزی منحصر به فردی هستند که از ترکیب شدن یک ماده با ماده یا عناصر دیگر تولید می شوند. نیتینول یا نایتینول نیز یک آلیاژ فلزی می باشد. این آلیاژ از ترکیب شدن نیکل و تیتانیوم که در مطالب قبلی به مزایای فراوان آن اشاره کرده ایم، به دست می آید. فرمول شیمیایی آن نیز Niti  می باشد.

از جمله ویژگی های منحصر به فرد این آلیاژ نیز می توان به سوپر الاستیسیته، نوع کاذب و حافظه شکل اشاره کرد که در فلزات به معنای بازگشت به شکل اولیه خود می باشد. در واقع با ایجاد حرارت بر روی این آلیاژ، مجدداً به حالت اولیه خود بازمی گردد. از سوی دیگر ایجاد استرس بر روی آن سبب ایجاد خاصیت ارتجاعی بالایی خواهد شد.

از کاربردهای آلیاژ نیتینول نیز می توان به زمینه دندانپزشکی اشاره داشت که از آن برای ارتودنسی دندان ها استفاده می کنند. تمیز کردن و شکل دادن کانال ریشه دندان ها از دیگر موارد استفاده از نایتینول می باشد. با این وجود در دستگاه های مختلفی که برای اتصال روده مجدد پس از برداشتن قسمت های آسیب دیده هستند، از آن استفاده می شود.

مشخصات نایتینول

همان گونه که پیش تر در معرفی نایتینول به این موضوع اشاره کردیم، این آلیاژها دارای ویژگی های فیزیکی فوق العاده ای هستند که شامل اثر حافظه شکل و الاستیسیته عالی یا کاذب هستند. ویژگی ابتدایی شامل توانایی این فلز در تغییر شکل یک ماده در دمای خاص و بازگشت به شکل اولیه در زمان کم شدن دما می باشد. البته این دما باید بالاتر از یک میزان خاصی باشد.

خاصیت سوپر الاستیسیته نیز یکی دیگر از خواص نایتینول به شمار می آید. زمانی که این آلیاژ تحت تغییر شکل بالایی قرار بگیرد، با برداشتن بار خارجی به راحتی ظاهر اولیه خود را بازیابی کرده و مجدداً تغییر شکل می دهد. جالب است بدانید این فلز قادر است 10 تا 30 برابر بیشتر از سایر آلیاژها تغییر شکل دهد. اثر حافظه شکل یا الاستیسیته فوق العاده نیز بسته به دمای آلیاژ متغیر می باشد؛ به طوری که زیر دمای تبدیل، مانند خاصیت حافظه شکل عمل می کند و در صورت بیشتر شدن دمای تبدیل، کاملاً انعطاف پذیر خواهد شد. با این حال سایر خواص آن شامل موارد زیر می باشد:

  • شکل ظاهری نایتینول شبیه به یک فلز نقره ای روشن با چگالی 45/6 گرم در متر مکعب می باشد. نقطه ذوب این ماده  نیز حدود 1310 درجه سانتی گراد است.
  • از نظر مقاومت نایتینول باید گفت این آلیاژ در دماهای بالاتر، 82 اهم یا سانتی متر مقاومت داشته و در دماهای پایین حدود 76 اهم یا سانتی متر استحکام دارد.
  • از دیگر خواص این فلز می توان به هدایت حرارتی یا رسانایی گرمایی اشاره داشت که در حدود W/ cm-°C 0.1 می باشد.
  • ظرفیت حرارتی نایتینول نیز در حدود ۰.۰۷۷ کالری گرم بر سانتی گراد است.
  • گرمای نهفته نیتینول نیز 78/5 کالری بر گرم می باشد.
  • حساسیت مغناطیسی از دیگر خواص آلیاژ نیتینول می باشد که در دماهای بالا حدود   emu- gm 3.8 و در دمای پایین 5/2 است.

    برای اطلاع از قیمت و خرید ورق اسیدشویی به دسته بندی مربوطه مراجعه نمائید.

     

فرآیند تولید نیتینول

بهتر است بدانید دو فرآیند اصلی برای ذوب نیتینول وجود دارد که نیاز به کنترل بسیار بالا و سختی دارند؛ زیرا عنصر یا سنگ معدنی تیتانیوم از نظر واکنش پذیری با سایر مواد بسیار سخت می باشد. در واقع هر اتم از تیتانیوم در زمانی که با اکسیژن یا کربن ترکیب می شود، همان اتمی است که از شبکه Niti  جدا می گردد؛ بنابراین سبب تغییر ترکیب شیمیایی و ساختار درونی ماده شده و دمای تبدیل را نیز کاهش می دهد. با این وجود دو روش اصلی برای ذوب نیتینول وجود دارد که در ادامه به شرح اختصاری هر کدام پرداخته ایم:

ذوب مجدد قوس خلأ  (VAR)

ذوب مجدد نیتینول به وسیله ایجاد کردن قوس الکتریکی میان یک صفحه مسی و ماده اولیه انجام می گیرد. البته صفحه مسی در ابتدا با آب خنک می شود. ذوب مجدد قوس در خلأ بسیار بالایی صورت می گیرد.

برای اطلاع از قیمت و خرید محصول ورق روغنی به دسته بندی مربوطه مراجعه نمائید.

ذوب القایی تحت خلأ   (VIM)

روش دوم استفاده از ذوب القایی می باشد که تحت میدان های مغناطیسی متناوب در جهت گرم کردن مواد اولیه مانند کربن صورت می گیرد. این روش نیز تحت خلأ بالا انجام می شود.

با این وجود هر دو روش مزیت های خاص خود دارند، اما در زمان استفاده و مقایسه آن ها مشخص شده که روش پیشرفته ذوب القایی تحت خلأ یا همان VIM به صرفه تر است؛ زیرا در نهایت محصول پایانی یا همان نیتینول، دارای آخال و عیوب ریخته گری کمتر و کوچکتری در مقایسه با روش پیشرفته صنعتی VAR می باشد. از سوی دیگر نیز روش دوم در نهایت سبب تولید نیتینول با مقاومت بالاتری در برابر خستگی است.

در نهایت نیز بهتر است بدانید روش های دیگر برای تولید نیتینول وجود دارد که شامل موارد زیر هستند:

  • ذوب قوس پلاسما
  • ذوب القایی
  • ذوب پرتو الکترونی
  • رسوب بخار فیزیکی

همچنین بهتر است بدانید انجام فرآیند گرم کاری بر روی نایتینول معمولاً راحت تر از سردکاری می باشد؛ زیرا الاستیسیته بسیار بالا در این آلیاژ سبب بیشتر شدن تماس محصول با رول یا غلطک و در نهایت ایجاد مقاومت اصطحکاکی و سایش ابزارها خواهد شد. این دلایل بر انجام فرآیند ماشین کاری بر روی این فلز نیز اثرگذار هستند و صورت گرفتن آن دشوار است. رسانایی گرمایی نیتینول نیز همان گونه که در ابتدا ذکر شد، ضعیف بوده و حذف گرما از آن سخت می باشد، اما بر خلاف آن سنگ زنی، ماشین کاری تخلیه الکتریکی و انجام برشکاری لیزری آن راحت است.

برای اطلاع از قیمت ورق گرم به دسته بندی مربوطه مراجعه نمائید.

کاربردهای نیتینول

به طور کلی بهتر است بدانید استفاده از آلیاژ نایتینول در صنایع بسیاری مانند پزشکی، خودروسازی و هوافضا رواج یافته است که در ادامه به برخی از آن ها اشاره شده است:

  • صنعت پزشکی: گیره های آنوریسم مغزی، بخیه های جراحی، حلقه های ضد بارداری، میکروسوپمپ های کلیه مصنوعی، قلب مصنوعی
  • صنعت هوافضا: اتصالات لوله، آنتن های فضاپیما، اتصال دهنده ها، قطعات اتصال، اتصالات الکتریکی، محرک های الکترومکانیکی
  • صنعت خودروسازی: کلاچ های فن ضد حرارت موتور خودرو، نازل های اگزوز اتوماتیک، باز و بسته شدن خودکار سوراخ های رادیاتور موتورهای دیزلی، فنرهای حافظه دار فیلترهای روغن موتور جت

جمع بندی

در نهایت نیز می توان گفت نایتینول یا نیتینول یک آلیاژ فلزی ساخته شده از ترکیب عناصر نیکل و تیتانیوم می باشد که دارای ویژگی های منحصر به فردی است. از جمله این ویژگی ها می توان به اثر حافظه شکل، خاصیت الاستیسیته کاذب و فوق العاده، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام زیاد اشاره داشت. لازم به ذکر است خاصیت اثر حافظه شکل از اصلی ترین مشخصات فیزیکی نایتینول به شمار می آید که سبب بازگشت آن به شکل اولیه پس از حرارت دیدن می شود. یعنی با وجود تغییر شکل این ماده می توان گفت مجدداً به حالت عادی خود بازمی گردد.

از سوی دیگر با توجه به این که فرمول شیمیایی نیتینول Niti می باشد، می توان گفت درصد نیکل در ترکیبات این ماده در حدود 45 تا 55 درصد بسته به کاربرد نهایی متغیر است. همان طور که می دانید نیکل سبب ایجاد استحکام در فلزات شده و از سوی دیگر تیتانیوم نیز سبب تغییر شکل و مقاومت به خوردگی در آن ها خواهد شد. از این رو ویژگی هایی از این قبیل در فلز نایتینول به وجود آمده و سبب کاربرد منحصر به فرد این ماده به خصوص در صنایع پزشکی، خودروسازی و هوا فضا شده اند.