Uma visão geral do nitinol

A liga de níquel-titânio, também conhecida como nitinol, é uma liga binária composta de níquel e titânio. Os dois elementos são praticamente iguais em porcentagem atômica (Nitinol 55 e Nitinol 60 são comuns).

Fase austenítica e fase martensítica

Devido às mudanças de temperatura e pressão mecânica, o nitinol tem duas fases diferentes de estrutura cristalina, a saber, a fase austenítica e a fase martensítica.

No nitinol, a austenita é chamada de fase mãe, que é a fase cristalina exibida pela liga em alta temperatura. Quando a temperatura diminui, a austenita se converte gradualmente em martensita (subfase).

No processo de transformação da martensita e da austenita, há quatro tipos de temperaturas:

* As: a temperatura na qual a martensita começa a se converter em austenita durante o processo de aumento de temperatura.

* Af: a temperatura na qual a martensita termina a conversão em austenita durante o processo de aumento de temperatura.

* Ms: a temperatura na qual a austenita começa a se converter em martensita durante o processo de queda de temperatura.

* Mf: a temperatura na qual a austenita termina a conversão em martensita durante o processo de queda de temperatura.

A transformação de fase do nitinol tem uma histerese térmica, portanto, As não é igual a Mf, pelo mesmo motivo, Af não é igual a Ms.

Duas características do nitinol

1. Memória de forma

A memória de forma ocorre quando a fase mãe de um determinado formato é resfriada de uma temperatura acima de Af para uma temperatura abaixo de Mf e forma completamente a martensita, deformando a martensita abaixo da temperatura Mf. Depois de ser aquecido abaixo da temperatura Af, com a transformação de fase reversa, o material restaurará automaticamente sua forma na fase-mãe. De fato, o efeito de memória de forma é um processo de transição de fase induzido termicamente do nitinol. Ele se refere à capacidade do nitinol de se deformar em uma determinada temperatura e, em seguida, restaurar a forma original, não deformada, quando a temperatura é mais alta do que sua "temperatura de transição".

2. Superelasticidade

A chamada superelasticidade refere-se ao fenômeno no qual a amostra produz uma deformação muito maior do que a deformação limite elástica sob o efeito de forças externas, e a deformação pode ser restaurada automaticamente durante a descarga. Na fase mãe, devido ao efeito do estresse externo, a deformação desencadeia a transição de fase martensítica, de modo que a liga apresenta comportamentos mecânicos diferentes dos materiais comuns. Seu limite elástico é muito maior do que o dos materiais comuns. E ele não segue mais a Lei de Hooke. Em comparação com o efeito de memória de forma, a superelasticidade não envolve calor.

Aplicações do nitinol

1. Armações de óculos

Embora muitas aplicações do nitinol sejam invisíveis para o público em geral, algumas são bastante familiares. As armações de óculos feitas de nitinol podem ser dobradas de forma muito irregular, mas depois voltam perfeitamente ao normal. Além disso, há alguns anos, quando os telefones celulares tinham antenas extraíveis, muitas das antenas eram feitas de nitinol, o que permitia que elas se flexionassem sem quebrar ou dobrar permanentemente.

2. Ortodontia

Outra aplicação superelástica, na qual você ou seus filhos podem ter experimentado o nitinol, é nos arcos usados por ortodontistas. O ortodontista pega um fio de nitinol e o dobra, prendendo-o aos dentes. Como o fio é superelástico, ele tenta retornar à sua condição reta e exerce uma força contínua sobre os dentes. Isso permite visitas menos frequentes ao ortodontista para que o aparelho seja apertado.

3. Dispositivos médicos

Os instrumentos e componentes cirúrgicos feitos de nitinol atendem a muitas necessidades, especialmente em cirurgias minimamente invasivas ou artroscópicas. Eles podem se beneficiar da superelasticidade e da resistência à fadiga do nitinol. Uma ferramenta com uma dobra pode ser endireitada e introduzida em uma cânula, um tubo rígido. Quando sai da cânula, a ferramenta retorna ao seu formato original. O cirurgião realiza o procedimento e, em seguida, a ferramenta é retraída de volta para a cânula, onde se endireita novamente para facilitar a remoção.

A qualidade superelástica do nitinol, juntamente com sua biocompatibilidade, torna-o ideal para a fabricação de muitos tipos de dispositivos médicos que são implantados no corpo. Uma aplicação conhecida por muitos de nós é o stent, um dispositivo que sustenta os vasos sanguíneos e os mantém abertos. A superelasticidade do nitinol permite que um dispositivo médico, como um stent ou uma válvula cardíaca, seja comprimido em um formato que caiba dentro de um cateter. O cateter é posicionado no local correto do corpo, o dispositivo é liberado e retorna ao seu formato original.

Essa mesma superelasticidade faz do nitinol o único material adequado para stents usados na artéria carótida do pescoço ou nos vasos sanguíneos das pernas. Nesses locais vulneráveis, uma pancada na área de um stent fará com que ele se desvie, mas um stent de nitinol retornará ao seu formato original. Os stents feitos de outros materiais estariam sujeitos a esmagamento ou flexão permanente com esse tipo de impacto.

4. Outras aplicações

Várias aplicações menos conhecidas utilizam a capacidade de memória de forma do nitinol. Um conhecido fabricante de computadores usou um dispositivo de nitinol para ejetar cartões PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association). Além disso, o nitinol é usado em acoplamentos que unem as extremidades de tubos hidráulicos em aeronaves. Em uma aplicação menos séria, o nitinol permite que as colheres da loja de mágica se dobrem quando colocadas em água quente.