نایتینول چیست؟ معرفی سوپر آلیاژ حافظه‌دار

نایتینول(Nitinol) یک سوپر آلیاژ متشکل از عناصر نیکل (Ni) و تیتانیوم (Ti) است که بواسطه داشتن چند ویژگی بسیار جالب و مفید، مثل حافظه شکلی و خاصیت ارتجاعی فوق‌العاده، از سایر آلیاژها متمایز است. اگر این دو موردی که به عنوان خاصیت این سوپر آلیاژ مطرح شد برای شما ناآشنا هستند، نگران نباشید؛ ما در این بلاگ از فولادینو به تفصیل این موضوعات را شرح خواهیم داد. تا انتهای متن با ما همراه باشید.

نایتینول چیست؟

نام نایتینول، که در انگلیسی Nitinol نوشته می‌شود، هم از ترکیب آن و هم از محل کشف آن برگرفته شده است: عناصر تشکیل‌دهنده آن یعنی نیکل (Nickel) و تیتانیوم (Titanium) و محل کشف آن یعنی آزمایشگاه مهمات دریایی (Naval Ordnance Laboratory). آزمایشگاه مهمات دریایی(NOL) یک مرکز نظامی ایالات متحده برای تحقیق و توسعه بود که در سال ۱۹۵۹ به طور تصادفی نایتینول در آن اختراع شد.

در ابتدا نایتینول صرفاً به عنوان یک آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی فرموله شده بود؛ اما بعدا مشخص شد که دارای خواص خارق‌العاده دیگری نیز است که کاربردهای آن را تا حدی تحت‌الشعاع قرار داد.

چرا قیمت نایتینول خیلی گران است؟

اگرچه نایتینول در سال ۱۹۵۹ اختراع شد، سال‌ها طول کشید تا به صورت تجاری در دسترس باشد. بخشی از دلیل این امر سطح بالای کنترلی است که برای ایجاد این سوپر آلیاژ مورد نیاز است. برای ترکیب تیتانیوم و نیکل از فرایند ذوب مجدد قوس خلاء استفاده می‌شود؛ فرآیندی که انجام آن هزینه‌های عملیاتی بسیار بالایی را در پی دارد.

علاوه بر این همانند بسیاری از سایر آلیاژها، درصد ترکیبات برای عملکرد نایتینول بسیار مهم است؛ زیرا که تغییر تنها ۱٪ در نسبت نیکل به تیتانیوم می‌تواند دمای انتقال و در نتیجه قابلیت استفاده محصول را تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد تحت تاثیر قرار دهد. این عوامل همراه با هزینه نسبتاً بالای تامین مواد خام مورد نیاز، روشن می‌سازد که چرا قیمت آلیاژ حافظه‌دار نایتینول در واحد وزن بسیار گران است.

سوپر الاستیسیته بودن نایتینول

نیتینول تقریباً مانند یک سیم انعطاف‌پذیر عمل می‌کند و می‌توان آنرا خم کرد و به اشکال پیچیده‌ای فراتر از نقطه تغییر شکل پلاستیکی اکثر فلزات درآورد. همین امر امکان استفاده از نایتینول را در پروژه‌های مختلف فراهم کرده است. مثلا فرض کنید که نایتینول می‌تواند تا ۳۰ برابر کشیده‌تر از فلزات معمولی باشد و همچنان به شکل اولیه خود بازگردد.

منظور از آلیاژ حافظه دار بودن نایتینول چیست؟

توانایی نیتینول در به خاطر سپردن شکل خود شاید حتی خارق‌العاده‌تر از خاصیت کشسانی عالی آن باشد! اگر یک تکه سیم نایتینول در دمای معینی (که اغلب در حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد است) به شکلی درآید، وقتی دوباره به دمای انتقال خود (حدود ۴۰ درجه سانتیگراد) می‌رسد، دوباره به آن شکل باز می‌گردد.

کاربرد نایتینول چیست؟

نایتینول ماده‌ای است که مانند هیچ چیز دیگری نیست و کاربردهای خلاقانه و منحصر به فردی دارد. در حالی که مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالا نایتینول را به یک ماده عالی برای کاربردهای پزشکی تبدیل می‌کند، این آلیاژ برای کاربردهای واقعا شگفت‌انگیز از عملکرد حافظه خود استفاده می‌کند. در ادامه جالب‌ترین کاربردهای نایتینول در پزشکی را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

نیتینول در پزشکی: استنت و بریس

استنت یک لوله مشبک است که در شریان کرونر تنگ‌شده یا مسدود‌شده جای‌گذاری می‌شود. زمانی که بیمار از شرایطی مانند بیماری تنگی عروق محیطی رنج می‌برد، به وسیله‌ استنت، ورید یا شریان را باز نگه می‌دارند. استنت نیتینول شبیه یک استوانه است که سیم آن به صورت شبکه‌ای شبیه تقویت کننده‌ای که روی شلنگ باغچه دیده می‌شود، شکل داده شده است.

جراح استنتی را انتخاب می کند که قطر خارجی آن – در حالت طبیعی – کمی بزرگتر از قطر شریان آسیب دیده باشد. استنت تا حدود نیمی از قطر نهایی خود فشرده می‌شود و همین موضوع به آن اجازه می‌دهد به راحتی به داخل شریان یا ورید منتقل شود. هنگامی که استنت در جای خود قرار گرفت، گرمای بدن انسان باعث می‌شود که نایتینول شکل اصلی خود را به خاطر بیاورد و به این شکل با اعمال فشار بیرونی بر روی دیواره ورید، از فرو ریختن آن جلوگیری می‌کند.

بریس‌ها در دندانپزشکی برای تنظیم موقعیت دندان‌ها در طی چند ماه یا سال استفاده می‌شوند. از آنجایی که این دستگاه‌ها باید قوی، مقاوم در برابر خوردگی و بسیار چکش‌خوار باشند، از نایتینول برای تشکیل ساختار اصلی بسیاری از بریس‌ها و نگهدارنده‌ها استفاده می‌شود.

کاربردهای عملی خاصیت حافظه شکلی نایتینول

دستگاه‌ها و ریزه‌کاری‌های زیادی وجود دارند که از اثر حافظه نایتینول استفاده می‌کنند. از آنجایی که تقریباً تمام فلزات با عبور جریان الکتریکی از آنها گرم می‌شوند، می توان از یک تکه نایتینول به عنوان یک محرک استفاده کرد و به سادگی از طریق یک مدار الکتریکی، به یک سیستم نیرو وارد کرد. این ویژگی برای موقعیت‌هایی که موتورهای الکتریکی یا سیستم‌های هیدرولیک بیش از حد حجیم باشند بسیار عالی و کاربردی است.

در این مقاله تلاش بر این شد تا شما را با نایتینول یا آلیاژ هوشمند بیشتر آشنا کنیم. شما می‌توانید با استفاده از وبسایت فولادینو از قیمت روز انواع آهن‌آلات و فولادهای آلیاژی اطلاع پیدا کنید. پس پیشنهاد می‌کنیم از قسمت‌های مختلف وبسایت مجموعه فولادسازان راه ابریشم حتما دیدن کنید.

منبع: Metal supermarkets