Nitinol-nikkel titanium-NiTi-legering

Nitinol, ook bekend als NiTi-legering of nikkel-titaniumlegering, is een nikkel-titaniumlegering met een vrijwel gelijkatomaire verhouding, bekend om zijn vormgeheugeneffect en superelasticiteit. De kernwaarde van Nitinol ligt in het ‘vervormingsherstel’. Onder bepaalde temperatuuromstandigheden kan het materiaal terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm; het is ook bestand tegen aanzienlijke elastische vervorming en herstelt zich onder specifieke omstandigheden. Sinds de introductie in de jaren zestig is het geleidelijk geëvolueerd van een materiaal van militaire kwaliteit naar een reguliere legering in de medische en precisietechnieksector.

De ontwikkeling van Nitinol gaat terug tot het begin van de jaren zestig. Het werd voor het eerst ontdekt door het US Naval Ordnance Laboratory tijdens onderzoek naar intermetallische nikkel-titaniumverbindingen; de naam 'Nitinol' is afgeleid van Ni, Ti en het Naval Ordnance Laboratory.

Destijds hadden de lucht- en ruimtevaart-, defensie- en precisie-engineeringsectoren een gespecialiseerd metallisch materiaal nodig. Terwijl conventionele metalen sterkte verschaften en verenstaal elasticiteit bood, waren geen van beide in staat actief de vorm te herstellen bij verhitting, noch konden ze op betrouwbare wijze herstel bereiken van grote vervormingen binnen kleinschalige structuren. Het vormgeheugeneffect en de superelasticiteit van Nitinol hebben deze leemte precies opgevuld: het ondergaat een faseovergang tussen de austenitische en martensitische fasen, waardoor de vooraf bepaalde vorm wordt hersteld na temperatuurveranderingen of de toepassing van externe krachten.

Het vermogen van Nitinol om deze functionaliteit te bereiken is te danken aan het nikkel-titaniumsysteem, dat een bijna stoichiometrische verhouding heeft. Met een nikkelgehalte van 54,50–57,00 procent en titanium voor de rest, ondersteunt deze samenstelling het fasetransformatiegedrag van de nikkel-titaniumlegering. De uiteindelijke vormgeheugentemperatuur, het superelastisch gedrag en de vermoeiingsstabiliteit van het materiaal worden verder beïnvloed door samenstellingscontrole, koudvervormen, warmtebehandeling en de uiteindelijke verwerkingscondities.

In uitgegloeide toestand heeft Nitinol een treksterkte van ≥551 MPa en een rek van ≥10–15 procent. Hoewel het vormgeheugen of superelastische eigenschappen bezit, behoudt het een bepaald niveau van sterkte en ductiliteit, waardoor het geschikt is voor fabricage in voerdraden, stents, elastische componenten en micro-actuators.

In de beginfase werd Nitinol voornamelijk gebruikt in temperatuurgevoelige elementen, actuatoren en gespecialiseerde elastische structurele componenten.

Temperatuurgecontroleerde veren, actuatoren met vormgeheugen, bevestigingsmiddelen, micro-actuators en zelfherstellende structuren behoorden tot de eerste toepassingsgebieden. De focus van deze componenten lag niet op traditioneel draagvermogen, maar eerder op het benutten van het vermogen van het materiaal om zijn vorm te herstellen als reactie op veranderingen in temperatuur of spanning.

Nitinol werd ook in een vroeg stadium toegepast in de sectoren lucht- en ruimtevaart en precisietechniek. Actuators met vormgeheugen, dempingselementen, inzetbare structurele componenten en temperatuurcontrole-elementen hebben allemaal het materiaal nodig om stabiele werkingen uit te voeren in besloten ruimtes.

Nitinollegering wordt momenteel voornamelijk gebruikt in de medische sector, de ruimtevaart, slimme constructies, industriële controle en precisietechniek, en is bijzonder geschikt voor componenten die tegelijkertijd vormgeheugen, superelasticiteit, vermoeidheidsweerstand en micro-actuatiemogelijkheden vereisen.

Veel voorkomende toepassingen zijn onder meer:

Medisch: vasculaire stents, voerdraden, orthodontische boogdraden, inferieure vena cava-filters, manden voor het ophalen van stenen, katheterversterkingsdraden en orthopedische fixatieapparaten met vormgeheugen.

Lucht- en ruimtevaart: actuatoren met vormgeheugen, temperatuurgecontroleerde aandrijfcomponenten, inzetbare structurele componenten, dempingselementen en kleine zelfherstellende mechanismen.

Industriële toepassingen: temperatuurgecontroleerde veren, thermisch bediende klepcomponenten, zelfherstellende klemmen, slimme bevestigingsmiddelen, sensorcomponenten.

Werktuigbouwkunde: aandrijfdraden van zachte robotica, micro-actuatoren, bionische vingeraandrijfcomponenten, zelfherstellende grijpers, flexibele robotgewrichten.

Sunxin levert Nitinol/NiTi-legering in plaat-, staaf-, draad- en buisvormen, evenals op maat gesneden afmetingen.

Relevante eisen zoals ASTM F2063, ASTM F2004 en ASTM F2005 kunnen worden besproken, afhankelijk van de productvorm en het eindgebruik. Specifiek toepasselijke normen, faseovergangstemperatuureisen, leveringsvoorwaarden en testartikelen moeten worden bevestigd in overeenstemming met de tekeningen van de klant, inkoopspecificaties en eindgebruik.

Beschikbare specificaties zijn onder meer:

Platen: T0,5–T200,0 mm, gefreesd, standaardlengtes 200 / 250 / 300 mm, breedtes 200 / 300 / 500 / 1000 mm, tolerantie -0,0 / +1,0 mm, geleverd in gegloeide of koudbewerkte toestand.

Staven: Φ1,0–Φ100,0 mm, gepolijst of precisiegepolijst, standaardlengte 3 m per stuk, toleranties te bevestigen als h6–h9, geleverd in gegloeide of koudbewerkte toestand.

Draad: Φ0,6–Φ3,0 mm, gepolijst of precisiegepolijst, standaardlengte 1 m per stuk, toleranties te bevestigen als h6–h9, geleverd in gegloeide of koud bewerkte toestand.

Slang: buitendiameter 1,0–10,0 mm, binnendiameter 0,08–2,0 mm, gepolijst of precisiegepolijst, standaardlengte 3 m per stuk, toleranties te bevestigen als h6–h9, geleverd in gegloeide of koudbewerkte toestand.

Voorafgaand aan de productie van Nitinol / NiTi Alloy-projecten wordt aanbevolen om de materiaalvorm, leveringsconditie, afmetingen, toleranties, oppervlakteafwerking en fase-overgangstemperatuurvereisten te bevestigen. Voor medische apparaten, geleidingsdraden, stents, orthodontische draden, aandrijfdraden en micro-actuatorprojecten is het ook noodzakelijk om de nikkel-titaniumsamenstelling, mechanische eigenschappen, superelasticiteitsvereisten, vermoeiingsvereisten, oppervlaktekwaliteit, inspectie-items, kwaliteitsdocumentatie en traceerbaarheidsvereisten te bevestigen.

Sunxin is gecertificeerd volgens de kwaliteitsmanagementsystemen ISO 13485 en ISO 9001 en kan batchbeheer, traceerbaarheidscontrole, testcoördinatie en kwaliteitsdocumentatiebeheer ondersteunen.