Visión general del nitinol
La aleación de níquel y titanio, también conocida como nitinol, es una aleación binaria compuesta de níquel y titanio. Los dos elementos son aproximadamente iguales en porcentaje atómico (el nitinol 55 y el nitinol 60 son comunes).
Fase austenítica y fase martensítica
Debido a los cambios de temperatura y presión mecánica, el nitinol presenta dos fases de estructura cristalina diferentes, a saber, la fase austenítica y la fase martensítica.
En el nitinol, la austenita se denomina fase madre, que es la fase cristalina que presenta la aleación a alta temperatura. Cuando la temperatura disminuye, la austenita se convierte gradualmente en martensita (subfase).
En el proceso de transformación de martensita y austenita, existen cuatro tipos de temperaturas:
* As: la temperatura a la que la martensita empieza a convertirse en austenita durante el proceso de aumento de temperatura.
* Af: temperatura a la que la martensita termina de convertirse en austenita durante el proceso de aumento de temperatura.
* Ms: temperatura a la que la austenita comienza a convertirse en martensita durante el proceso de descenso de temperatura.
* Mf: temperatura a la que la austenita termina de convertirse en martensita durante el proceso de descenso de la temperatura.
La transformación de fase del nitinol tiene una histéresis térmica, por lo que As no es igual a Mf, por la misma razón, Af no es igual a Ms.
Dos características del nitinol
1. Memoria de forma
La memoria de forma se produce cuando la fase madre de una determinada forma se enfría desde por encima de la temperatura Af hasta por debajo de la temperatura Mf y forma completamente la martensita, deformando la martensita por debajo de la temperatura Mf. Después de ser calentado por debajo de la temperatura Af, con la transformación de fase inversa, el material restaurará automáticamente su forma en fase madre. De hecho, el efecto de memoria de forma es un proceso de transición de fase del nitinol inducido térmicamente. Se refiere a la capacidad del nitinol para deformarse a una cierta temperatura y luego restaurar la forma original, no deformada, cuando la temperatura es superior a su "temperatura de transición".
2. Superelasticidad
La denominada superelasticidad se refiere al fenómeno en el que la muestra produce una deformación muy superior a la deformación límite elástica bajo el efecto de fuerzas externas y la deformación puede restablecerse automáticamente durante la descarga. En la fase madre, debido al efecto de la tensión externa, la deformación desencadena la transición de fase martensítica, de modo que la aleación presenta comportamientos mecánicos diferentes a los de los materiales ordinarios. Su límite elástico es mucho mayor que el de los materiales ordinarios. Y ya no sigue la Ley de Hooke. En comparación con el efecto de memoria de forma, la superelasticidad no implica calor.
Aplicaciones del nitinol
1. Monturas de gafas
Aunque muchas aplicaciones del nitinol son invisibles para el gran público, algunas resultan bastante familiares. Las monturas de gafas de nitinol se pueden doblar mucho, pero luego vuelven perfectamente a su forma normal. Además, hace algunos años, cuando los teléfonos móviles tenían antenas extraíbles, muchas de las antenas estaban hechas de nitinol, lo que les permitía flexionarse sin romperse ni doblarse permanentemente.
2. Ortodoncia
Otra aplicación superelástica en la que usted o sus hijos pueden haber experimentado el nitinol es en los arcos de alambre que utilizan los ortodoncistas. El ortodoncista toma un alambre de nitinol y lo dobla, fijándolo a los dientes. Como el alambre es superelástico, intenta volver a su estado recto y ejerce continuamente una fuerza sobre los dientes. Esto permite que las visitas al ortodoncista para que te apriete los brackets sean menos frecuentes.
3. Dispositivos médicos
Los instrumentos y componentes quirúrgicos fabricados con nitinol satisfacen muchas necesidades, especialmente en cirugía mínimamente invasiva o artroscópica. Pueden aprovechar la superelasticidad y la resistencia a la fatiga del nitinol. Una herramienta doblada puede enderezarse e introducirse a través de una cánula, un tubo rígido. Cuando sale de la cánula, la herramienta recupera su forma original. El cirujano realiza la intervención y, a continuación, la herramienta se vuelve a introducir en la cánula, donde se endereza de nuevo para facilitar su extracción.
La calidad superelástica del nitinol, junto con su biocompatibilidad, lo hacen ideal para fabricar muchos tipos de dispositivos médicos que se implantan en el cuerpo. Una aplicación familiar para muchos de nosotros es el stent, un dispositivo que sostiene los vasos sanguíneos y los mantiene abiertos. La superelasticidad del nitinol permite comprimir un dispositivo médico, como un stent o una válvula cardiaca, para darle una forma que encaje dentro de un catéter. El catéter se coloca en el lugar correcto del cuerpo, el dispositivo se suelta y recupera su forma original.
Esta misma superelasticidad hace del nitinol el único material adecuado para las endoprótesis utilizadas en la arteria carótida del cuello o en los vasos sanguíneos de las piernas. En estos lugares vulnerables, un golpe en la zona de un stent hará que se desvíe, pero un stent de nitinol volverá a su forma prevista. Los stents fabricados con otros materiales estarían sujetos a aplastamiento o flexión permanente por un impacto de este tipo.
4. Otras aplicaciones
Varias aplicaciones menos conocidas utilizan la capacidad de memoria de forma del nitinol. Un conocido fabricante de ordenadores utilizó un dispositivo de nitinol para expulsar tarjetas PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association). Además, el nitinol se utiliza en los acoplamientos que unen los extremos de los tubos hidráulicos de los aviones. En una aplicación menos seria, el nitinol permite que las cucharas de la tienda de magia se doblen al meterlas en agua caliente.
