Nitinol - Často kladené dotazy

Co je Nitinol?

Nitinol je slitina niklu a titanu, která patří do skupiny materiálů zvaných slitin s tvarovou pamětí (Shape Memory Alloys - SMA). Nitinol se při zahřátí smršťuje, což je opak chování standardních kovů, které se roztahují. Nitinol má navíc tepelnou pružnost asi 100x větší, než běžné kovy. Další zajímavá vlastnost slitin s tvarovou pamětí je tvarová paměť (Shape Memory Effect - SME). Nitinol si žíháním zapamatuje daný tvar. Po vychladnutí je možné tvar libovolně změnit. Zahřátím na aktivační teplotu se drát vrátí do zapamatovaného stavu.

Jak Nitinol funguje?

Vlastnosti Nitinolu vycházejí z jeho dynamické krystalické struktury. Molekulární struktura je citlivá na vnější namáhání a teplotu. Slitina má tři definované teplotní fáze:

1. Austenitská fáze - nastává při teplotě nad aktivační teplotou. Aktivační teplota se mění v závislosti na přesném složení slitiny. Nitinol se vyrábí v mnoha aktivačních teplotách od -10°C (14°F) až do 130°C (266°F).

2. Martenzitická fáze - nastává při teplotách pod aktivační teplotou. Krystalická struktura se mění v "jehlovou" a molekuly jsou zarovnány a soustředěny v malých skupinkách. Slitina může být ohnuta nebo tvarována. Deformace mění krystalickou strukturu slitiny což vytváří vnitřní pnutí.

3. Žíhací fáze - vysokoteplotní fáze. Slitina přeorientovává svou krychlovou krystalickou strukturu "pamatuje" si současný tvar. Žíhací fáze je pro Nitinol asi 500°C.

Při pokojové teplotě se Nitinol nachází v Martenzitické fázi. Když jej ohneme, jehlová krystalická struktura se v rámci skupin deformuje a vytváří vnitřní napětí. Když je slitina zahřáta nad aktivační teplotu (Austenitická fáze), krystalická struktura změní z jehlové na krychlovou. Krychlová struktura vyžaduje jiný tvar než jehlová, která vznikla při deformaci slitiny. Slitina pak snižuje napětí návratem ke tvaru, který byl zapamatován při vytváření krychlové mřížky. Pokud slitina nebyla zdeformována ke změně mřížky stále dochází, ale nevede to ke znatelnému pohybu.

Jaký je rozdíl mezi superelastickým Nitinolem a Nitinolem s tvarovou pamětí?

Superelasticita je jev, kdy se Nitinol vrací do původního tvaru a je velmi těžké jej zdeformovat. Chová se velmi podobně jako pružinová ocel. Nitinol je superelastický ve dvou případech:

- pokud má teplotu těsně nad aktivační teplotou

- pokud se jedná o surový, nežíhaný Nitinol

Nitinol s tvarovou pamětí je pod aktivační teplotou velmi lehce deformovatelný. Chová se podobně jako cínový drát s tím rozdílem, že plastický je pouze do určité hranice a nelze jej ohýbat do příliš ostrých úhlů.

Jak vyrobit ze surového Nitinolu Nitinol s tarovou pamětí?

Ze surového Nitinolu se vyrábí Nitinol s tvarovou pamětí žíháním při teplotě okolo 500°C. Je důležité brát v potaz několik faktorů, které ovlivňují vlastnosti žíhaného Nitinolu.

- doba žíhání závisí na průměru drátu. U 0,25mm drátu se může pohybovat okolo 10 minut, u 0,5mm drátu to může být až 20 minut. Přesnou dobu je nutné zjistit experimentálně.

- pokud je Nitinol vystaven teplu dochází k jeho oxidaci, čímž se mění poměr Niklu a Titanu ve slitině, což následně může ovlivnit jeho vlastnosti a zejména pak aktivační teplotu, která klesá. Aby se zabránilo nadměrnému stárnutí Nitinolu doporučuje se slitinu po žíhání prudce zchladit např. vodou.

Více informací o účincích žíhání je zde: http://www.aml.engineering.columbia.edu/PDFs/Gen_ICALEO08.pdf