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Níquel titanio

El níquel-titanio , también conocido como nitinol , es una aleación metálica de níquel y titanio , donde ambos elementos están presentes en porcentajes atómicos aproximadamente ...

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El níquel-titanio , también conocido como nitinol , es una aleación metálica de níquel y titanio , donde ambos elementos están presentes en porcentajes atómicos aproximadamente iguales. Las aleaciones de nitinol se nombran según el porcentaje en peso de níquel; por ejemplo, nitinol 55 y nitinol 60 .

Las aleaciones de nitinol presentan dos propiedades únicas y relacionadas: el efecto de memoria de forma y la superelasticidad (también llamada pseudoelasticidad ). La memoria de forma es la capacidad del nitinol para deformarse a una temperatura, mantener dicha deformación al retirar la fuerza externa y recuperar su forma original al calentarse por encima de su temperatura de transformación. La superelasticidad es la capacidad del metal para sufrir grandes deformaciones y volver inmediatamente a su forma original al retirar la carga externa. El nitinol puede experimentar deformaciones elásticas de 10 a 30 veces mayores que otros metales. El comportamiento del nitinol, ya sea con efecto de memoria de forma o superelasticidad, depende de si se encuentra por encima de su temperatura de transformación durante la acción. El nitinol muestra el efecto de memoria de forma cuando está más frío que su temperatura de transformación y se comporta de forma superelástica cuando está más caliente.

La palabra "nitinol" deriva de su composición y de su lugar de descubrimiento: níquel (Ni) - titanio (Ti) - Laboratorio de Armamento Naval (NOL).

Historia

El efecto de memoria de forma se descubrió en 1932, cuando el químico sueco Arne Ölander [ 1 ] observó esta propiedad en aleaciones de oro y cadmio. El mismo efecto se observó en el Cu-Zn ( latón ) a principios de la década de 1950. [ 2 ]

En la década de 1950, William J. Buehler [ 3 ] recibió el encargo de encontrar aleaciones con alta resistencia a la fatiga a altas temperaturas para ser utilizadas en los conos de las ojivas de los misiles en el Laboratorio de Armamento Naval en 1959. [ 4 ] [ 5 ]

En 1961, presentaron una muestra en una reunión de la dirección del laboratorio. La muestra, doblada como un acordeón , fue pasada entre los participantes, quienes la flexionaron. Uno de ellos aplicó calor con su encendedor de pipa a la muestra, y la tira en forma de acordeón se contrajo y recuperó su forma original. [ 6 ]

Un año después, el Laboratorio de Armamento Naval anunció la creación exitosa del nitinol. En 1962, Frederick E. Wang se unió al equipo del NOL y descubrió la estructura cristalina responsable de las propiedades del nitinol. [ 3 ]

Si bien las posibles aplicaciones del nitinol se reconocieron de inmediato, los esfuerzos prácticos para comercializar la aleación tuvieron lugar en la década de 1980, debido en gran parte a la dificultad de fundir, procesar y mecanizar la aleación.

Mecanismo

Vista 3D de las estructuras de austenita y martensita del compuesto NiTi.

Las propiedades inusuales del nitinol se derivan de la transformación martensítica , una transformación de fase reversible en estado sólido entre dos fases cristalinas de martensita diferentes, que requiere una tensión mecánica de entre 69 y 138 MPa (10.000 y 20.000 psi) .  

A altas temperaturas, el nitinol adopta una estructura cúbica interpenetrante denominada austenita (también conocida como fase madre). A bajas temperaturas, el nitinol se transforma espontáneamente en una estructura cristalina monoclínica más compleja conocida como martensita (fase hija). [ 7 ] Se asocian cuatro temperaturas a las transformaciones de austenita a martensita y de martensita a austenita. Partiendo de austenita completa, la martensita comienza a formarse a medida que la aleación se enfría hasta la temperatura de inicio de la martensita, o M s. La temperatura a la que se completa la transformación es la temperatura de finalización de la martensita, o M f . Cuando la aleación es completamente martensita y se somete a calentamiento, la austenita comienza a formarse a la temperatura de inicio de la austenita, A s , y finaliza a la temperatura de finalización de la austenita, A f . [ 8 ]

Histéresis térmica de la transformación de fase del nitinol

El ciclo de enfriamiento/calentamiento presenta histéresis térmica . La amplitud de la histéresis depende de la composición precisa del nitinol y del procesamiento. Su valor típico requiere un rango de temperatura de aproximadamente 20–50 °C (36–90 °F) , que puede reducirse o ampliarse mediante aleación [ 9 ] y procesamiento [ 10 ] .  

Dos aspectos clave de la transformación de fase son fundamentales para las propiedades del nitinol. Primero, la transformación es reversible, lo que significa que calentar por encima de la temperatura de transformación revierte la estructura cristalina a la fase austenítica más simple. Segundo, la transformación en ambas direcciones es instantánea.

La estructura cristalina de la martensita (conocida como monoclínica o estructura B19') posee la capacidad única de experimentar deformaciones limitadas sin romper los enlaces atómicos. Este tipo de deformación se denomina maclado y consiste en la reorganización de los planos atómicos sin causar deslizamiento ni deformación permanente. De esta forma, puede experimentar una deformación de aproximadamente el 6-8%. Cuando la martensita se transforma en austenita mediante calentamiento, se restaura la estructura austenítica original, independientemente de si la fase martensítica se deformó. Por lo tanto, la forma de la fase austenítica de alta temperatura se "conserva", aunque la aleación se deforme a una temperatura inferior. [ 11 ]

Vista 2D de la estructura cristalina del nitinol durante el ciclo de enfriamiento/calentamiento.

La presión se puede generar impidiendo la reversión de la martensita deformada a austenita, desde 240 MPa (35 000 psi) hasta más de 690 MPa (100 000 psi) . Una razón por la que el nitinol se esfuerza tanto por volver a su forma original es que es un compuesto intermetálico ordenado . En una aleación ordinaria, los constituyentes están posicionados aleatoriamente en la red cristalina; en un compuesto intermetálico ordenado, los átomos (en este caso, níquel y titanio) ocupan ubicaciones específicas en la red. [ 12 ] El hecho de que el nitinol sea un intermetálico es en gran parte responsable de la complejidad en la fabricación de dispositivos hechos de esta aleación.    

El efecto de la composición del nitinol sobre la temperatura M s .

Para fijar la "forma original", la aleación debe mantenerse en posición y calentarse a unos 500 °C (930 °F) . Este proceso se denomina generalmente fijación de forma . [ 13 ] En el nitinol también se observa un segundo efecto, denominado superelasticidad o pseudoelasticidad. Este efecto es el resultado directo del hecho de que la martensita puede formarse aplicando una tensión, así como mediante enfriamiento. De este modo, en un determinado rango de temperatura, se puede aplicar una tensión a la austenita, provocando la formación de martensita y, al mismo tiempo, un cambio de forma. En este caso, en cuanto se elimina la tensión, el nitinol vuelve espontáneamente a su forma original. En este modo de uso, el nitinol se comporta como un superresorte, con un rango elástico de 10 a 30 veces mayor que el de un material de resorte normal. Sin embargo, existen limitaciones: el efecto solo se observa hasta unos 40 °C (72 °F) por encima de la temperatura A f . Este límite superior se denomina M d , [ 14 ] que corresponde a la temperatura más alta en la que aún es posible inducir la formación de martensita mediante tensión. Por debajo de M d , la formación de martensita bajo carga permite la superelasticidad debido al maclado. Por encima de M d , dado que ya no se forma martensita, la única respuesta a la tensión es el deslizamiento de la microestructura austenítica y, por lo tanto, la deformación permanente.    

El nitinol se compone típicamente de aproximadamente 50 a 51% de níquel en porcentaje atómico (55 a 56% en peso). [ 12 ] [ 15 ] Hacer pequeños cambios en la composición puede cambiar significativamente la temperatura de transformación de la aleación. Las temperaturas de transformación en el nitinol se pueden controlar hasta cierto punto, donde la temperatura A f varía de aproximadamente −20 a +110 °C (−4 a 230 °F) . Por lo tanto, es práctica común referirse a una formulación de nitinol como "superelástica" o "austenítica" si A f es menor que una temperatura de referencia, mientras que como "con memoria de forma" o "martensítica" si es mayor. La temperatura de referencia generalmente se define como la temperatura ambiente o la temperatura del cuerpo humano ( 37 °C o 99 °F ).    

Un efecto frecuente en el nitinol es la denominada fase R. Esta fase martensítica compite con la fase martensítica mencionada anteriormente. Dado que no presenta los importantes efectos de memoria de la fase martensítica, generalmente no tiene utilidad práctica.

Fabricación

La fabricación de nitinol es extremadamente difícil debido al control composicional excepcionalmente preciso que requiere y a la tremenda reactividad del titanio. Cada átomo de titanio que se combina con oxígeno o carbono es un átomo que se extrae de la red cristalina de NiTi, lo que altera la composición y reduce la temperatura de transformación.

Actualmente se utilizan dos métodos principales de fusión. La refundición por arco al vacío (VAR) se realiza mediante la generación de un arco eléctrico entre la materia prima y una placa de cobre refrigerada por agua. La fusión se lleva a cabo en alto vacío, y el molde es de cobre refrigerado por agua. La fusión por inducción al vacío (VIM) se realiza mediante campos magnéticos alternos para calentar las materias primas en un crisol (generalmente de carbono). Este proceso también se realiza en alto vacío. Si bien ambos métodos presentan ventajas, se ha demostrado que un material fundido mediante VIM de última generación industrial presenta inclusiones más pequeñas que un material fundido mediante VAR de última generación industrial, lo que resulta en una mayor resistencia a la fatiga. [ 16 ] Otras investigaciones indican que el uso de materias primas de altísima pureza en VAR puede conducir a una menor cantidad de inclusiones y, por lo tanto, a un mejor comportamiento ante la fatiga. [ 17 ] También se utilizan otros métodos a pequeña escala, como la fusión por arco de plasma, la fusión por inducción y la fusión por haz de electrones. La deposición física de vapor también se utiliza a escala de laboratorio.

Al fundir nitinol por inducción (o cualquier aleación de titanio), es difícil encontrar un material adecuado para los crisoles. El titanio fundido es químicamente corrosivo, requiere temperaturas extremas y condiciones específicas para evitar la contaminación. [ 18 ] Por ejemplo, si se utiliza un crisol de granito, el carbono del granito puede unirse al titanio, lo que resulta en una aleación impura. [ 19 ] Otro aspecto a considerar es la erosión de las paredes del crisol. Los factores que influyen en la cantidad de erosión incluyen, entre otros, el movimiento del nitinol fundido, la porosidad del crisol y el tiempo que el metal fundido está en contacto con el material. La porosidad de un crisol debe estar equilibrada para que el crisol tenga una buena resistencia al choque térmico y una corta distancia de humectación, para que no se erosione. [ 18 ] Hay pocos materiales para crisoles que funcionen con la fundición de titanio, lo que contribuye a la dificultad en la producción en masa de nitinol.  Se están realizando experimentos para utilizar un recubrimiento sobre un crisol para bloquear las interacciones químicas de modo que el material base solo deba ser resistente al choque térmico y evitar la erosión. Por ejemplo, se está investigando el Y2O3 como recubrimiento en un crisol de óxido de aluminio. El Y2O3 no interactúa químicamente con el titanio, y el óxido de aluminio es resistente al choque térmico, lo que lo convierte en una combinación adecuada. [ 18 ]

Otro método menos utilizado para fabricar nitinol es la sinterización reactiva . La sinterización reactiva al vacío se utiliza para comprimir polvo de nitinol dándole forma. El polvo se calienta a unos 580-650 grados Celsius mediante una reacción química exotérmica y se prensa. [ 20 ] Este método produce una superficie porosa y, debido a que se realiza al vacío, el titanio no tiene la oportunidad de unirse al oxígeno. Sin embargo, el resultado no es necesariamente homogéneo. Puede formar Ni₃Ti y Ti₃Ni debido al calentamiento lento producido por la reacción. Calentarlo rápidamente puede mejorar la homogeneidad y reducir el tamaño de los poros. La sinterización por plasma de chispa se inventó en 1980 como un método para acelerar el calentamiento al máximo mediante el envío de una corriente eléctrica a través del sistema. De esta manera, el nitinol es más puro, sin la formación de Ni₃Ti ni Ti₃Ni. [ 20 ]

El tratamiento térmico del nitinol es delicado y crítico. El tiempo y la temperatura de envejecimiento controlan la precipitación de varias fases ricas en Ni, y por lo tanto controlan la cantidad de níquel presente en la red NiTi; al agotar la matriz de níquel, el envejecimiento aumenta la temperatura de transformación. La combinación de tratamiento térmico y trabajo en frío es esencial para controlar las propiedades de los productos de nitinol. [ 21 ] El nitinol fabricado con un enfoque en el efecto de memoria de forma se trata térmicamente en un rango de 350 °C a 450 °C. Para el nitinol superelástico, la temperatura es cercana a los 500 °C. Si el componente de níquel es mayor del 55,5 %, entonces la temperatura de tratamiento térmico está en el rango de 600 a 900 °C. [ 22 ]

Fabricación aditiva

Se están explorando métodos de fabricación aditiva de nitinol. Algunos ejemplos incluyen la fusión selectiva por láser, la sinterización selectiva por láser y el conformado de red mediante láser. Estos métodos producen resultados variables en cuanto a la calidad de la superficie, la homogeneidad y la densidad. Todos son relativamente costosos y requieren mucho tiempo de producción en comparación con los métodos de fabricación convencionales, pero ofrecen un control sobre propiedades que otros sistemas no pueden tener. [ 19 ]

La fabricación aditiva permite controlar la densidad y la porosidad. La porosidad afecta el crecimiento celular y la liberación de iones de níquel en los implantes. Cuanto más poroso sea el material, mayor será la superficie para que las células se adhieran, así como el contacto superficial con el tejido para la lixiviación de níquel. [ 23 ] Además, la elasticidad se ve afectada por la porosidad del resultado, por lo que la fabricación aditiva permite controlar la elasticidad de cada capa. [ 23 ] Las diferentes formas de la red también proporcionan un comportamiento de memoria de forma distinto. Por ejemplo, una estructura de Schwartz proporciona mayor resistencia, mientras que una estructura de diamante permite una mejor deformación de transformación. [ 23 ]

La creación de software de segmentación para la fabricación aditiva de un material con memoria de forma como el nitinol debe incluir cómo cambia. Lexcellant y Boubon modelaron la superelasticidad de las aleaciones con memoria de forma en una dimensión. [ 23 ]

Desafíos

Las fallas por fatiga en dispositivos de nitinol son un tema de debate constante. Debido a que es el material preferido para aplicaciones que requieren una enorme flexibilidad y movimiento (por ejemplo, stents periféricos, válvulas cardíacas, actuadores termomecánicos inteligentes y microactuadores electromecánicos), está necesariamente expuesto a tensiones de fatiga mucho mayores que otros metales. Si bien el comportamiento de fatiga controlado por deformación del nitinol es superior al de todos los demás metales conocidos, se han observado fallas por fatiga en las aplicaciones más exigentes. Se están realizando grandes esfuerzos para comprender y definir mejor los límites de durabilidad del nitinol.

El nitinol contiene la mitad de níquel, por lo que ha habido una gran preocupación en la industria médica con respecto a la liberación de níquel, un alérgeno conocido y posible carcinógeno. [ 21 ] (El níquel también está presente en cantidades sustanciales en el acero inoxidable y las aleaciones de cobalto-cromo que también se utilizan en la industria médica). Durante el tratamiento térmico, el nitinol forma una capa protectora de TiO₂ muy estable que actúa como barrera contra el intercambio iónico; demostrando repetidamente que el nitinol libera níquel a un ritmo más lento que el acero inoxidable. [ 24 ] Inicialmente se creía que una capa de óxido más gruesa evitaría que se filtrara más níquel en el tejido, pero desde entonces se ha demostrado que no es directamente proporcional. [ 24 ] Cuanto más gruesa es la capa de óxido, mayor es la probabilidad de que se formen microfisuras. Estas microfisuras pueden hacer que la capa de óxido se desprenda a medida que el nitinol se deforma. Finalmente, estas microfisuras pueden llegar hasta la capa de nitinol puro y comenzar a liberar níquel nuevamente. [ 24 ] Además, cuando se forma la capa de óxido, la capa inferior se enriquece en níquel, por lo que si la capa de óxido se ve comprometida, lixiviará más níquel en el tejido cercano. Las capas de óxido más gruesas también son más susceptibles a un pH bajo. Cuando se trata térmicamente, la capa de óxido que forma el nitinol es negra. Este óxido negro es grueso, agrietado y propenso a descascararse. Estas grietas se agravan por la corrosión a medida que se forman ánodos a lo largo de las microgrietas. El procesamiento de la superficie puede hacer que estas grietas sean más pequeñas y reducir la corrosión. Después del procesamiento de la superficie, la capa de óxido se volverá más delgada y cambiará de color. El color puede variar según el método. Los ejemplos incluyen, pero no se limitan a capas de óxido azul, rojo, dorado y ámbar. [ 24 ] Los métodos de procesamiento de la superficie pueden variar desde pulido mecánico hasta eléctrico y químico. El pulido eléctrico y químico parecen ser los más efectivos. En un experimento como se revisa en la siguiente fuente ( [ 24 ] ), se comparó un alambre electropulido con un alambre oxidado grueso sin tratar. Se observó que, tras 5000 ciclos (deformaciones por memoria de forma), el alambre de óxido grueso comenzaba a fracturarse, mientras que el alambre electropulido duraba 100 000 ciclos. Por ello, el proceso para crear una capa de óxido eficaz consiste en pulir (electroquímicamente o químicamente) el nitinol antes del tratamiento térmico y, posteriormente, después del mismo, hasta que la capa de óxido tenga un espesor aceptable. [ 24 ]

Existen debates constantes y prolongados sobre las inclusiones en el nitinol, tanto en TiC como en Ti₂NiOₓ . Al igual que en otros metales y aleaciones, el nitinol puede presentar inclusiones. El tamaño, la distribución y el tipo de inclusiones pueden controlarse hasta cierto punto. Teóricamente, una menor cantidad y tamaño de inclusiones deberían aumentar la resistencia a la fatiga. En la literatura, algunos trabajos iniciales no han logrado demostrar diferencias medibles, [ 25 ] [ 26 ] mientras que estudios más recientes demuestran una dependencia de la resistencia a la fatiga con respecto al tamaño típico de las inclusiones en una aleación. [ 16 ] [ 17 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]

El nitinol es difícil de soldar, tanto consigo mismo como con otros materiales. La soldadura láser de nitinol consigo mismo es un proceso relativamente rutinario. Se han realizado uniones fuertes entre alambres de NiTi y alambres de acero inoxidable utilizando relleno de níquel. [ 30 ] Se han realizado soldaduras láser y TIG (soldadura por arco de tungsteno con gas inerte) entre tubos de NiTi y tubos de acero inoxidable. [ 31 ] [ 32 ] Se están realizando más investigaciones sobre otros procesos y otros metales con los que se puede soldar el nitinol.

La frecuencia de actuación del nitinol depende de la gestión térmica, especialmente durante la fase de enfriamiento. Se utilizan numerosos métodos para aumentar el rendimiento de enfriamiento, como aire forzado, [ 33 ] líquidos en circulación, [ 34 ] módulos termoeléctricos (es decir, bombas de calor Peltier o semiconductoras), [ 35 ] disipadores de calor, [ 36 ] materiales conductores [ 37 ] y una mayor relación superficie-volumen [ 38 ] (mejoras de hasta 3,3  Hz con cables muy delgados [ 39 ] y de hasta 100  Hz con películas delgadas de nitinol [ 40 ] ). La actuación más rápida de nitinol registrada se llevó a cabo mediante una descarga de condensador de alto voltaje que calentó un cable SMA en cuestión de microsegundos, y resultó en una transformación de fase completa (y altas velocidades) en unos pocos milisegundos. [ 41 ]

Avances recientes han demostrado que el procesamiento del nitinol puede ampliar las capacidades termomecánicas, permitiendo la incorporación de múltiples memorias de forma dentro de una estructura monolítica. [ 42 ] [ 43 ] La investigación sobre la tecnología de memoria múltiple está en curso y podría dar lugar a dispositivos de memoria de forma mejorados en un futuro próximo, [ 44 ] [ 45 ] y nuevos materiales y estructuras de materiales, como materiales híbridos de memoria de forma (SMM) y compuestos de memoria de forma (SMC). [ 46 ]

Aplicaciones

Un clip de papel de nitinol se dobló y recuperó su forma original después de haber sido colocado en agua caliente.

Existen cuatro tipos de aplicaciones de uso común para el nitinol:

Recuperación gratuita
El nitinol se deforma a baja temperatura, permanece deformado y luego se calienta para recuperar su forma original mediante el efecto de memoria de forma.
Recuperación restringida
Similar a la recuperación libre, excepto que la recuperación se impide de forma rígida y, por lo tanto, se genera una tensión.
Producción de trabajo
Se permite que la aleación se recupere, pero para ello debe actuar contra una fuerza (realizando así un trabajo).
Superelasticidad
El nitinol actúa como un superresorte gracias al efecto superelástico.

Los materiales superelásticos experimentan transformaciones inducidas por tensión y se caracterizan por su propiedad de "memoria de forma". Gracias a su superelasticidad, los alambres de NiTi presentan un efecto elastocalórico, que consiste en calentamiento/enfriamiento activado por tensión. Actualmente, los alambres de NiTi se encuentran en fase de investigación como el material más prometedor para esta tecnología. El proceso comienza con la aplicación de una carga de tracción al alambre, lo que provoca que el fluido (en su interior) fluya hacia el intercambiador de calor caliente (HHEX). Simultáneamente, se libera calor, que puede utilizarse para calentar el entorno. En el proceso inverso, la descarga de la tensión sobre el alambre conduce al flujo de fluido hacia el intercambiador de calor frío (CHEX), lo que provoca que el alambre de NiTi absorba calor del entorno. Por lo tanto, la temperatura del entorno puede disminuir (enfriarse).

Los dispositivos elastocalóricos se comparan frecuentemente con los magnetocalóricos como métodos novedosos de calefacción/refrigeración eficientes. Los dispositivos elastocalóricos fabricados con alambres de NiTi presentan una ventaja sobre los magnetocalóricos fabricados con gadolinio debido a su potencia de enfriamiento específica (a 2  Hz), que es 70 veces superior (7 kWh/kg frente a 0,1 kWh/kg). Sin embargo, los dispositivos elastocalóricos fabricados con alambres de NiTi también tienen limitaciones, como su corta vida útil y su dependencia de grandes fuerzas de tracción (lo que conlleva un alto consumo de energía).

En 1989 se realizó una encuesta en Estados Unidos y Canadá en la que participaron siete organizaciones. La encuesta se centró en predecir la tecnología, el mercado y las aplicaciones futuras de las aleaciones con memoria de forma (SMA). Las empresas predijeron los siguientes usos del nitinol en orden decreciente de importancia: (1) Acoplamientos, (2) Biomédico y médico, (3) Juguetes, artículos de demostración y novedades, (4) Actuadores, (5) Motores térmicos, (6) Sensores, (7) Zócalos de memoria de burbuja y de chips activados criogénicamente y, finalmente, (8) Dispositivos de elevación. [ 47 ]

Actuadores térmicos y eléctricos

Aplicaciones biocompatibles y biomédicas

  • El nitinol es altamente biocompatible y posee propiedades adecuadas para su uso en implantes ortopédicos. Gracias a sus propiedades únicas, el nitinol ha experimentado una gran demanda para su uso en dispositivos médicos mínimamente invasivos. Los tubos de nitinol se utilizan habitualmente en catéteres, stents y agujas superelásticas.
  • En cirugía colorrectal, [ 50 ] el material se utiliza en dispositivos para reconectar el intestino después de eliminar los patógenos.
  • El nitinol se utiliza en dispositivos desarrollados por Franz Freudenthal para tratar el conducto arterioso persistente , que bloquea un vaso sanguíneo que evita los pulmones y que no se ha cerrado después del nacimiento en un lactante. [ 51 ]
  • En odontología, este material se utiliza en ortodoncia para brackets y alambres que conectan los dientes. Una vez colocado en la boca, el alambre de SMA alcanza la temperatura corporal ambiente, lo que provoca que el nitinol se contraiga y recupere su forma original, ejerciendo una fuerza constante para mover los dientes. Estos alambres de SMA no necesitan reajustarse con tanta frecuencia como otros, ya que se contraen al moverse los dientes, a diferencia de los alambres convencionales de acero inoxidable. Además, el nitinol se utiliza en endodoncia , donde se emplean limas de nitinol para limpiar y dar forma a los conductos radiculares durante el tratamiento . Gracias a su alta resistencia a la fatiga y flexibilidad, el nitinol reduce considerablemente la posibilidad de que una lima se rompa dentro del diente durante el tratamiento, mejorando así la seguridad del paciente.
  • Otra aplicación importante del nitinol en medicina se encuentra en los stents : un stent colapsado puede insertarse en una arteria o vena, donde la temperatura corporal lo calienta y, tras retirar la vaina de sujeción, recupera su forma expandida original; el stent entonces ayuda a sostener la arteria o vena para mejorar el flujo sanguíneo. También se utiliza como sustituto de las suturas : un alambre de nitinol puede tejerse a través de dos estructuras y luego transformarse en su forma preformada, lo que debería mantener las estructuras en su lugar.
  • De manera similar, las estructuras colapsables compuestas de filamentos de nitinol trenzados y microscópicamente delgados pueden utilizarse en intervenciones neurovasculares como la trombolisis del ictus, la embolización y la angioplastia intracraneal. [ 52 ]
  • Aplicación del alambre de nitinol en la anticoncepción femenina, específicamente en dispositivos intrauterinos debido a su naturaleza pequeña y flexible y su alta eficacia. [ 53 ]

Sistemas de amortiguación en ingeniería estructural

  • El nitinol superelástico encuentra diversas aplicaciones en estructuras civiles como puentes y edificios. Una de ellas es el hormigón armado inteligente (HAI), que incorpora alambres de NiTi incrustados en el hormigón. Estos alambres pueden detectar grietas y contraerse para reparar grietas de tamaño macroscópico. [ 54 ]
  • Otra aplicación es la sintonización activa de la frecuencia natural estructural mediante el uso de cables de nitinol para amortiguar las vibraciones.

Otras aplicaciones y prototipos

  • Se han construido modelos de demostración de motores térmicos que utilizan alambre de nitinol para producir energía mecánica a partir de fuentes de calor calientes y frías. [ 55 ] Un prototipo de motor comercial desarrollado en la década de 1970 por el ingeniero Ridgway Banks en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , fue denominado Motor Banks. [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]
  • El nitinol también es popular en monturas de gafas extremadamente resistentes. [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]
  • Los ingenieros de Boeing probaron con éxito en vuelo los chevrones transformables accionados por SMA en el demostrador tecnológico silencioso 2 del Boeing 777-300ER . [ 64 ]
  • La Ford Motor Company ha registrado una patente en Estados Unidos para lo que denomina un "dispositivo de cambio de marchas para bicicletas". Presentada el 22 de abril de 2019, la patente describe un cambio de marchas delantero para bicicleta, sin cables, que utiliza en su lugar dos cables de nitinol para proporcionar el movimiento necesario para cambiar de marcha. [ 65 ]
  • Se utiliza en algunos productos novedosos, como cucharas que se doblan solas , las cuales pueden ser utilizadas por magos aficionados y de escenario para demostrar poderes "psíquicos" o como una broma , ya que la cuchara se doblará sola al usarse para remover té, café o cualquier otro líquido caliente.
  • Debido a la alta capacidad de amortiguación del nitinol superelástico, también se utiliza como inserto en palos de golf . [ 66 ]
  • El níquel titanio se puede utilizar para fabricar los aros de los sujetadores con aros . [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]
  • La aleación de níquel-titanio se utiliza en aplicaciones aeroespaciales como juntas de tuberías de aeronaves, [ 70 ] antenas de naves espaciales , [ 71 ] sujetadores, componentes de conexión, conexiones eléctricas y actuadores electromecánicos . [ 72 ]
  • En 1998, el fabricante de palos de golf Ping autorizó a su departamento WRX a crear la serie Isoforce, que originalmente incluía una inserción de Nitinol en la cara del palo. El proceso era tan costoso que algunos modelos se vendieron por debajo del precio de coste antes de ser rápidamente descatalogados y sustituidos por inserciones más económicas de aluminio y cobre. Los modelos Anser F, Sedona F y Darby F siguen siendo los únicos palos de golf fabricados con Nitinol.

Referencias

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Proceso para la fabricación de piezas y formas de nitinol tipo 60 con efecto de memoria de forma, que comprende: la selección de nitinol tipo 60. Inventor: G. Julien, director ejecutivo de Nitinol Technologies, Inc. (estado de Washington).

  • Sociedad de Tecnologías de Memoria de Forma y Superelásticas
  • Biblioteca de recursos sobre nitinol
  • Propiedades físicas del nitinol
  • Biblioteca de recursos técnicos sobre nitinol
  • Literatura sobre alambre de nitinol
  • Tubos de nitinol
  • Cómo la NASA reinventó la rueda: aleaciones con memoria de forma
  • Demostración de la memoria de forma en nitinol y representación animada de la transición martensita-austenita.