Nitinol-Nickel-Titan-NiTi-Legierung

Nitinol, auch bekannt als NiTi-Legierung oder Nickel-Titan-Legierung, ist eine Nickel-Titan-Legierung mit einem nahezu äquiatomaren Verhältnis, die für ihren Formgedächtniseffekt und ihre Superelastizität bekannt ist. Der Kernwert von Nitinol liegt in seiner „Verformungswiederherstellung“. Unter bestimmten Temperaturbedingungen kann das Material in seine ursprüngliche Form zurückkehren; Es kann auch erheblichen elastischen Verformungen standhalten und sich unter bestimmten Bedingungen erholen. Seit seiner Einführung in den 1960er Jahren hat es sich nach und nach von einem Material in Militärqualität zu einer gängigen Legierung in der Medizin- und Feinmechanikbranche entwickelt.

Die Entwicklung von Nitinol lässt sich bis in die frühen 1960er Jahre zurückverfolgen. Es wurde erstmals vom US Naval Ordnance Laboratory bei der Erforschung intermetallischer Nickel-Titan-Verbindungen entdeckt; Der Name „Nitinol“ leitet sich von Ni, Ti und dem Naval Ordnance Laboratory ab.

Zu dieser Zeit benötigten die Bereiche Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Feinmechanik einen speziellen metallischen Werkstoff. Herkömmliche Metalle sorgten zwar für Festigkeit und Federstahl bot Elastizität, doch weder war sie in der Lage, ihre Form beim Erhitzen aktiv wiederherzustellen, noch konnten sie sich zuverlässig von großen Verformungen innerhalb kleiner Strukturen erholen. Der Formgedächtniseffekt und die Superelastizität von Nitinol füllten genau diese Lücke – es durchläuft einen Phasenübergang zwischen der austenitischen und der martensitischen Phase und stellt dadurch nach Temperaturänderungen oder der Anwendung äußerer Kräfte seine vorgegebene Form wieder her.

Die Fähigkeit von Nitinol, diese Funktionalität zu erreichen, ist auf sein Nickel-Titan-System zurückzuführen, das ein nahezu stöchiometrisches Verhältnis aufweist. Mit einem Nickelanteil von 54,50–57,00 Prozent und einem Titananteil als Rest untermauert diese Zusammensetzung das Phasenumwandlungsverhalten der Nickel-Titan-Legierung. Die endgültige Formgedächtnistemperatur, das superelastische Verhalten und die Ermüdungsstabilität des Materials werden außerdem durch die Kontrolle der Zusammensetzung, die Kaltumformung, die Wärmebehandlung und die endgültigen Verarbeitungsbedingungen beeinflusst.

Im geglühten Zustand hat Nitinol eine Zugfestigkeit von ≥551 MPa und eine Dehnung von ≥10–15 Prozent. Obwohl es über Formgedächtnis- oder superelastische Eigenschaften verfügt, behält es ein gewisses Maß an Festigkeit und Duktilität bei, wodurch es für die Verarbeitung in Führungsdrähten, Stents, elastischen Komponenten und Mikroaktoren geeignet ist.

In seinen frühen Stadien wurde Nitinol hauptsächlich in temperaturempfindlichen Elementen, Aktoren und speziellen elastischen Strukturkomponenten verwendet.

Temperaturgesteuerte Federn, Aktoren mit Formgedächtnis, Befestigungselemente, Mikroaktoren und selbstrückstellende Strukturen gehörten zu den frühesten Anwendungsgebieten. Der Fokus dieser Komponenten lag nicht auf der traditionellen Tragfähigkeit, sondern vielmehr auf der Nutzung der Fähigkeit des Materials, seine Form als Reaktion auf Temperatur- oder Belastungsänderungen wiederherzustellen.

Auch in der Luft- und Raumfahrt sowie der Feinmechanik wurde Nitinol schon früh eingesetzt. Formgedächtnisaktoren, Dämpfungselemente, ausfahrbare Strukturkomponenten und Temperaturkontrollelemente erfordern alle, dass das Material auf engstem Raum stabil funktioniert.

Nitinollegierungen werden derzeit hauptsächlich in den Bereichen Medizin, Luft- und Raumfahrt, intelligente Strukturen, industrielle Steuerung und Präzisionstechnik eingesetzt und eignen sich besonders gut für Komponenten, die gleichzeitig Formgedächtnis, Superelastizität, Ermüdungsbeständigkeit und Mikrobetätigungsfähigkeiten erfordern.

Zu den gängigen Anwendungen gehören:

Medizinisch: Gefäßstents, Führungsdrähte, kieferorthopädische Drahtbögen, Filter für die untere Hohlvene, Steinfangkörbe, Katheterverstärkungsdrähte und orthopädische Fixierungsgeräte mit Formgedächtnis.

Luft- und Raumfahrt: Formgedächtnisaktoren, temperaturgesteuerte Antriebskomponenten, ausfahrbare Strukturkomponenten, Dämpfungselemente und kleine selbstrückstellende Mechanismen.

Industrielle Anwendungen: temperaturgesteuerte Federn, thermisch betätigte Ventilkomponenten, selbstrückstellende Klemmen, intelligente Verbindungselemente, Sensorkomponenten.

Maschinenbau: Soft-Robotik-Antriebsdrähte, Mikroaktuatoren, bionische Fingerantriebskomponenten, selbstrückstellende Greifer, flexible Robotergelenke.

Sunxin liefert Nitinol/NiTi-Legierungen in Blech-, Stab-, Draht- und Rohrform sowie in maßgeschneiderten Abmessungen.

Relevante Anforderungen wie ASTM F2063, ASTM F2004 und ASTM F2005 können je nach Produktform und Endverwendung besprochen werden. Spezifische anwendbare Normen, Phasenübergangstemperaturanforderungen, Lieferbedingungen und Prüfgegenstände müssen gemäß den Zeichnungen des Kunden, den Beschaffungsspezifikationen und der Endverwendung bestätigt werden.

Zu den verfügbaren Spezifikationen gehören:

Bleche: T0,5–T200,0 mm, walzblank, Standardlängen 200 / 250 / 300 mm, Breiten 200 / 300 / 500 / 1000 mm, Toleranz -0,0 / +1,0 mm, Lieferung im geglühten oder kaltverformten Zustand.

Stangen: Φ1,0–Φ100,0 mm, poliert oder präzisionspoliert, Standardlänge 3 m pro Stück, Toleranzen müssen als h6–h9 bestätigt werden, Lieferung in geglühtem oder kaltverformtem Zustand.

Draht: Φ0,6–Φ3,0 mm, poliert oder präzisionspoliert, Standardlänge 1 m pro Stück, Toleranzen müssen als h6–h9 bestätigt werden, Lieferung in geglühtem oder kaltverformtem Zustand.

Rohre: Außendurchmesser 1,0–10,0 mm, Innendurchmesser 0,08–2,0 mm, poliert oder präzisionspoliert, Standardlänge 3 m pro Stück, Toleranzen müssen als h6–h9 bestätigt werden, Lieferung in geglühtem oder kaltverformtem Zustand.

Vor der Produktion von Nitinol-/NiTi-Legierungsprojekten wird empfohlen, die Materialform, den Lieferzustand, die Abmessungen, Toleranzen, die Oberflächenbeschaffenheit und die Anforderungen an die Phasenübergangstemperatur zu bestätigen. Für medizinische Geräte, Führungsdrähte, Stents, kieferorthopädische Drähte, Antriebsdrähte und Mikroaktuatorprojekte ist es außerdem erforderlich, die Nickel-Titan-Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften, die Superelastizitätsanforderungen, die Ermüdungsanforderungen, die Oberflächenqualität, die Prüfgegenstände, die Qualitätsdokumentation und die Rückverfolgbarkeitsanforderungen zu bestätigen.

Sunxin ist nach den Qualitätsmanagementsystemen ISO 13485 und ISO 9001 zertifiziert und kann Chargenmanagement, Rückverfolgbarkeitskontrolle, Testkoordination und Qualitätsdokumentationsmanagement unterstützen.