Nitinol
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Was genau ist Nitinol?
Nitinol ist die vermutlich bekannteste Formgedächtnis-Legierung. Legierungen dieser Art werden auch Memorymetalle genannt, weil sie sich scheinbar an eine frühere Formgebung ‚erinnern‘ können, obwohl sie zwischenzeitlich stark verformt wurden.
Das Wort Nitinol ist ein Akronym aus Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory. Die Legierung auf Basis von Nickel weist besondere Eigenschaften auf, die auf die intermetallische Phase NiTi zurückzuführen sind. In dieser liegt eine geordnet-kubische Kristallstruktur vor, die sich von jener von Titan und Nickel unterscheidet. Der Werkstoff besteht hauptsächlich aus Nickel (circa 55 %) sowie zu einem bedeutenden Teil aus Titan. Die Dichte von Nitinol beträgt etwa 6,4 g/cm³. Die Legierung ist hochfest und korrosionsbeständig, jedoch bis etwa 8 % pseudoelastisch verformbar. Die Legierung kann bei Temperaturen von bis zu 500 °C eingesetzt werden.
Welche spezifischen Eigenschaften hat Nitinol?
Die Transformationstemperatur wird über das Legierungsverhältnis beeinflusst. Liegt die Transformationstemperatur beispielsweise bei 80 °C, so kann ein Bauteil dieser Legierung mit geringem Kraftaufwand bei Raumtemperatur verbogen werden. Sobald man das Bauteil über die Transformationstemperatur erwärmt, nimmt es wieder seine ursprüngliche Form an. Umgangssprachlich bezeichnet man solche Legierungen als ‚Memory Metall‘ bzw. ‚ Formgedächtnismetall‘.
Hat die Legierung eine tiefe Transformationstemperatur von 0 °C, so bezeichnet man sie umgangssprachlich als ’superelastisch‘. Das Materialverhalten ähnelt bei Raumtemperatur dem von Federstahl und weist eine hohe Verformbarkeit auf. Unabhängig von der Legierung ist Nitinol ein korrosionsbeständiger Werkstoff.
Wie wird Nitinol verarbeitet?
Die Grundform eines Bauteils lässt sich durch Glühen bei etwa 500 °C einprägen. Aufgrund der verarbeiteten Rohmaterialien zählt Nitinol nicht zu den kostengünstigen Werkstoffen. Die gewünschten Materialeigenschaften werden bereits durch geringe Verunreinigungen negativ beeinflusst. Dadurch kommt Nitinol wenig in der Massenproduktion zum Einsatz.
Der Werkstoff weist eine hohe Härte auf. DeSta::Microcut schneidet das Material ausschließlich mit Wasserstrahlschneidanlagen, da hohe Temperaturen die Materialstruktur negativ beeinflussen. Das thermische Trennverfahren Laserfeinschneiden kommt bei Nitinol daher nicht zum Einsatz.
Welche Oberflächenbehandlungen sind für Nitinol möglich?
Nitinol kommt für hochwertige, funktionelle Anwendungen mit langer Nutzungsdauer zum Einsatz. Eine abschließende werkstoffgerechte chemische oder elektrochemische Oberflächenbearbeitung ist dabei sehr wichtig. Folgende Oberflächenbehandlungen sind für Nitinol möglich:
Sandstrahlen: Die Methode ist hoch wirksam, um Grate, Oberflächenverunreinigungen und andere Oberflächenfehler zu entfernen. Die mechanische Oberflächenbehandlung wirkt sich positiv auf die Ermüdungslebensdauer der Bauteile aus.
Beizen: Oxidschichten sowie Rückstände auf der Oberfläche werden durch den Prozess entfernt. Das Verfahren erzeugt silbrig helle und seidenglänzende Oberflächen. Beim Beizvorgang ist auf die auftretende Wasserstoffversprödung zu achten, die das Materialverhalten ungünstig beeinflusst.
Elektropolieren: Der Prozess liefert höchste Qualität hinsichtlich Biokompatibilität, Passivität, Korrosionsbeständigkeit, Reinheit und Reinigungsfähigkeit. Darüber hinaus entstehen hochglänzende Oberflächen. Das Elektropolieren kommt insbesondere bei der Herstellung von Nitinol-Stents zum Einsatz.
Warum DeSta GmbH & Co KG ?
DeSta::Microcut steht für innovative Ideen, Kreativität in der Problemlösung, gleichbleibende Qualität und langjährige Erfahrung im Laserfeinschneiden. Der moderne Maschinenpark und die hochqualifizierten Mitarbeitenden von DeSta::Microcut stellen sicher, dass die individuellen Bauteile der Kunden mit höchster Sorgfalt und Präzision gefertigt werden.
Von komplexen Formen bis hin zu feinen Details ist nahezu jede Anforderung realisierbar. Zudem fertigt das Unternehmen ab einer Losgröße von einem Stück bis hin zu Klein- und Mittelserien.
In welchen Branchen wird Nitinol verwendet?
Der Werkstoff kommt häufig in der Medizin beispielsweise als Nitinol-Draht, aber auch in Form von Spateln zum Einsatz. Darüber hinaus wird Nitinol aufgrund seiner besonderen Eigenschaften in weiteren Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, Elektronikindustrie, Energieindustrie sowie dem Maschinenbau eingesetzt. Insbesondere durch das Formgedächtnis wird der Werkstoff häufig bei mechanischen Bauteilen eingesetzt, die durch Temperaturveränderungen aktiviert oder bewegt werden.
Was sind die Vorteile von Nitinol in der Medizintechnik?
Nitinol ist wegen des stark ausgeprägten Formgedächtniseffekt und Superelastizität ein etabliertes Material in der Medizintechnik. Zudem überzeugt biokompatibles Nitinol mit hoher Korrosionsfestigkeit und guter Verträglichkeit beim Einsatz von Implantaten, da keine Nitinol-Allergien bekannt sind.
Das Einsatzgebiet von Nitinol umfasst chirurgische Werkzeuge, Endoskope und Implantate wie künstliche Herzklappen und Stents. Endovaskuläre Stents werden häufig in der Gefäßchirurgie als eine Art Stütze eingesetzt, um Arterien und Venen zu schonen. Insbesondere beim stützenden Einsatz für die Herzkranzgefäße ermöglicht der Nitinol-Stent Millionen von Patienten ein längeres Leben mit deutlich besserer Lebensqualität. Eine weitere, besondere Fähigkeit von Nitinol ist, dass der Werkstoff nicht-ferromagnetisch ist und damit bildgebende Verfahren wie MRT damit möglich sind.
In der Dentalindustrie kommt Nitinol-Draht für Zahnspangen zur Verwendung. Das einzigartige Material ermöglicht mit speziellen aus Nitinol gefertigten Wurzelkanalfeilen das Feilen um die Ecke. In der Chirurgie kommen superelastische Nägel aus dem Material zum Verbinden von Knochen nach komplizierten Brüchen zum Einsatz.
Welche Temperaturbereiche sind für den Formgedächtniseffekt von Nitinol relevant?
Der Einsatz von Formgedächtnislegierungen, auch als Memory Metall bezeichnet, ist für diverse Temperaturbereiche geeignet. Geometrische Formen aus Nitinol sind bei Raumtemperatur mit geringem Krafteinsatz biegbar. Um Nitinol dauerhaft zu verformen, wird das Werkstück in der gewünschten Position auf über 500 °C erhitzt. Die sogenannte Transformationstemperatur gibt an, bei welcher Temperatur das Werkstück die ursprüngliche Form wieder annimmt. Diese liegt zwischen -20 und +110 °C, abhängig von der Zusammensetzung der Legierung. Die Schmelztemperatur der Legierung, die zu einem Großteil aus Nickel besteht, liegt bei 1.240 bis 1.328 °C.
Welche Qualitätskontrollmaßnahmen sind bei der Verarbeitung von Nitinol relevant?
DeSta::Microcut setzt auf CNC-Wasserstrahlschneiden bei der Verarbeitung der Legierung aus Nickel. Damit wird eine hohe Schneidgenauigkeit bei minimalem Materialverlust von beispielsweise Nitinol Blechen gewährleistet. Das Einbringen hoher Temperaturen an der Schneidkante, wie es beispielsweise beim Laserfeinschneiden auftritt, verändert die Werkstoffeigenschaften von Nitinol und wird daher vermieden.
Der Anspruch von DeSta::Microcut ist, Ihre Anforderungen vollständig zufriedenzustellen und mit hohem Qualitätsanspruch zu erfüllen. Dies wird unter anderem durch kontinuierliche, die Fertigung begleitende Messungen sowie eine DIN EN ISO 9001-Zertifizierung gewährleistet. Im hauseigenen Messraum stehen optische 2D- und 3D-Messverfahren zur Verfügung. Bei Bedarf werden darüber hinaus detaillierte Messberichte sowie Erstmusterprüfberichte (EMPB) erstellt.
