Nitinol to bardzo specyficzny stop niklu i tytanu

www.chomikuj.pl/MarWag987

Nitinol to bardzo specyficzny stop niklu i tytanu. Czysty nitinol zawiera 49% niklu i

51% tytanu.

Został odkryty 1958 roku przez Laboratoria Badawcze Marynarki Wojennej Stanów

Zjednoczonych, dokładnie US Naval Ordinance Laboratory (w skrócie US NOL). Nazwa
została utworzona od symboli pierwiastków w układzie okresowym (Ni i Ti) oraz nazwy
NOL. Odkryty całkiem przypadkiem podczas prac nad nowymi stopami metali. Zauważono,
ż

e stop ten posiada bardzo specyficzne właściwości których się w ogóle nie spodziewano.

Przez długie dziesięciolecia materiał ten był mało powszechny ze względu na cenę

tytanu i jego małe ilości w przemyśle. Wynikało to z ok 20x większej ceny odzysku tytanu z
rudy w porównaniu z cena odzysku żelaza z rudy mimo ze tytanu na ziemi jest podobno
więcej jak żelaza. Dopiero w latach 20stych XX wieku zaczęto "wydobywać" tytan na skalę
przemysłową, bo dopiero wtedy opracowano w miarę sprawne metody jego pozysku z rudy
tytanowej. Tytan to metal bardzo mocno niereaktywny chemicznie i trzeba użyć bardzo
skomplikowanego procesu technologicznego do jego pozysku.

Sam stop z nitinolem posiada pamięć kształtu, tzn. zapamiętuje kształt jaki mu się

nada odlewając go. W pewnym zakresie temperatur metal ten z twardego i niezwykle
wytrzymałego mechanicznie staje się miękki i można go wyginać w ręku, ale jeżeli
temperatura wyjdzie po za zakres tej plastyczności to metal powraca sam do odlanego mu w
piecu hutniczym kształtu twardniejąc bardziej niż stal. Występujące zmiany zachodzą dla
energii cieplnej i elektrycznej.

Materiał ten posiada też wybitnie wysoką odporność na łamanie, przykładowo drut

nitinolowy można wyginać około miliona razy zanim się przełamie. W zależności od
domieszek innych metali do stopu nitinolowego uzyskujemy zmianę temperatury zmiękczania
się stopu, zwykle oscylują one miedzy 0 a 150 st C. Samo zmiękczenie czy też twardnienie
molekularnie to obrazując jest przesunięciem się atomów tytanu względem atomów niklu. Po
prostu struktura krystaliczna stopu się zmienia. Niestety nie wiadomo jak do końca
wytłumaczyć te właściwości nitinolu.

Dziś stop ten jest powszechnie wykorzystywany w astronautyce i robotyce głównie

jako włączniki termiczne i siłowniki do np rozkładania baterii słonecznych albo poruszania
ramieniem robota. Najczęściej stosuje się druty nitinolowe i sprężyny, przepuszczając przez
nie prąd nagrzewają się i twardnieją uzyskując zapamiętany w piecu hutniczym kształt. Gdy
prąd nie płynie ochładzają się i zmiękczają.

Niestety taki siłownik ma bardzo niską sprawność w porównaniu z siłownikiem

rubowym czy hydraulicznym bo pobiera aż ok 1,5 W na 1 kg udźwigu. Napięcia jakie się

stosuje to kilka volt raptem i spory prąd.

Rekompensatą tych strat jest wybitna prostota budowy i niezawodność oraz płynne

ruchy przypominające ruchy człowieka.

Kolejne jego zastosowanie to medycyna, sprężyny nitinolowe pod wpływem

ludzkiego ciepła rozszerzają naczynia krwionośne, lub prostują zęby w aparatach
korekcyjnych zgryzu. Można też kupić ubrania samoprasujące się z ultracienkimi wszywkami
drucików nitinolowych. Zastosowanie tego stopu rośnie z roku na rok.

Nitinol może być też wykorzystany do budowy generatorów prądu tam gdzie jest

ciepło, zasilało by go słońce lub nawet temperatura samego powietrza w dzień.

www.chomikuj.pl/MarWag987

Wybrane właściwości stopu NiTi

•

temperatura topnienia: ok. 1300°C

•

zakres charakterystycznych temperatur przemiany: -200°C : +200°C

•

wielkość pętli histerezy: 2-50°C

•

maksymalna dopuszczalna temperatura przegrzania: 400°C

•

typowa ilość cykli termicznych: ~100 000

•

gęstość: 6400-6500 kg/m3

•

ciepło właściwe: 450-620 J/kg*°C

•

moduł Younga: 28GPa(w fazie martenzytycznej) / 83GPa(w fazie austenitycznej)

•

wytrzymałość na rozciąganie w stanie wyżarzonym: 900MPa

•

wytrzymałość na rozciąganie po przeróbce plastycznej na zimno: 1900MPa

•

odporność na korozje: doskonała

•

zgodność biologiczna: doskonała

•

topienie, odlewanie, kontrola składu chemicznego: trudne

•

formowanie(walcowanie, wyciskanie): trudne

•

obróbka plastyczna na zimno: dobra

Wybrane zastosowanie

•

robotyka - mechanizm motoryczny robotów

•

medycyna - jako implanty chirurgiczne np. pomocne przy zrastaniu się kości (tytan
reaguje z ciałem ludzkim w bardzo korzystny sposób - zob. Osseointegracja)

•

motoryzacja - niektóre części motocykli sportowych

•

optyka - oprawki okularów

•

przemysł zabawkarski

Ciekawostka :)

Wielu ufologów twierdzi, że metal ten pozyskano z przechwyconych spodków UFO

(tego typu metale, lecz o znacznie większej sprawności, mają być stosowane w pojazdach
obcych cywilizacji pozaziemskich).