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Nitinol | A liga metálica de titânio e níquel com memória

A liga de níquel-titânico (também frequentemente chamada de nitinol), é uma liga metálica formada pelos metais níquel e titânio, na ambos elementos estão presentes em percentagens atômicas praticamente idênticas, como por exemplo no Nitinol 55 e no nitinol 60. Sua característica mais interessante é o efeito de memória térmica de forma.

Tais ligas de nitinol apresentam duas propriedades intimamente ligadas e únicas:

  • Memória de forma térmica
  • Super elasticidade (também chamado pseudo-elasticidade)

A memória de forma é a capacidade de nitinol para sofrer deformação a uma temperatura, em seguida, retornar à sua forma original em outra determinada temperatura, desde que não seja deformado numa temperatura acima do seu ponto máximo ou seja a chamada “temperatura de transformação”. A super elasticidade ocorre a uma gama estreita de temperatura apenas acima da sua temperatura de transformação; Neste ponto, não é necessário o aquecimento para fazer com que a forma não deformada se recupere, e o material apresenta uma enorme elasticidade, algo entre 10 e 30 vezes maior que a do metal comum.

Em outras palavras quando tem sua forma definida numa temperatura acima da temperatura de transformação o nitinol “salva na memória” aquela forma, e quando tem sua forma alterada a temperatura ambiente é capaz de retornar a forma original se aquecido novamente.

Demonstração de deformação da liga de nitinol sobre calor

Demonstração de deformação da liga de titânio-níquel sobre calor

Criação do nitinol

Os pesquisadores William J. Buehler e Frederick Wang, descobriram as suas propriedades durante uma pesquisa no Laboratório Naval Ordnance em 1959, Buehler estava tentando fazer uma melhoria no cone do nariz de um míssil de modo a resistir à fadiga, calor e à força do impacto. Tendo verificado que a liga de níquel e titânio poderia apresentar bons resultados, em 1961 ele apresentou uma amostra do titânio-níquel em uma reunião de gestão do laboratório. A amostra de nitinol, foi dobrada por todos os participantes. e então um deles aplicou o calor do cachimbo bem de leve numa das amostra e, para surpresa de todos, a tira em forma de sanfona esticada retornou sua forma anterior.

Não obstante aplicações praticas e potenciais do nitinol fossem evidentes, os esforços práticos para fabricação em escala industrial e comercialização da liga não ocorreram até uma década depois. Tal demora deve-se em grande parte à dificuldade elevada de fusão, transformação e usinagem da liga. Mesmo esses esforços posteriores encontraram entraves financeiros que não foram solucionados até os anos 1990, quando essas dificuldades de aplicação finalmente foram sanadas.

Aplicações do nitinol

  • Existem quatro tipos mais utilizados de aplicações para o nitinol.
  • Recuperação livre: nitinol é deformada a uma temperatura baixa, e aquecida para recuperar a sua forma original.
  • Recuperação forçada: Praticamente igual a recuperação livre porém nesse caso recuperação está rigidamente prevenida, e, assim, uma tensão é gerada.
  • Produção de trabalho: Nessa aplicação o objeto de nitinol pode se recuperar livremente, mas para isso é preciso agir contra uma força produzindo assim o trabalho.
  • Super elasticidade: Como discutido acima, aqui o nitinol funciona como uma mola super elástica.

Óculos de ninitolNitinol também é muito usado em armações de óculos extremamente resilientes. Também é utilizado em algumas molas de relógios mecânicos. Ele pode ser usado como um sistema de controle de temperatura; uma vez que altera a sua forma, que pode ativar um interruptor ou de uma resistência variável para controlar a temperatura em circuitos industriais ou de eletrônica analógica. o nitinol também é usado em tecnologia de telefonia móvel como uma antena retrátil, ou microfones, devido à sua natureza de memória altamente flexível e mecânica.Também pode ser usado em fios que são usados para localizar e marcar tumores mamários de modo que a cirurgia pode ser mais precisa. Ele pode ser usado para substituir atuadores convencionais (solenoides, servo motores, etc.), tal como no Stiquito, um robô hexápode.

Recentemente tem sido usado em aplicações médicas como Stents, devido à suas propriedades mecânicas como a super elasticidade (Stents são tubos minúsculos, expansíveis em forma de malha, feito geralmente de metal e são usados para devolver um ritmo próximo ao normal ao fluxo sanguíneo numa artéria). Embora ainda exista um grande debate a respeito da sua eficácia, estudos apontam resultados promissores.

Stents de nitinol

Stents de nitinol

Referências

  1. SHACKELFORD, James F.. Ciência dos Materiais. 6. ed. Nova Jersey, Eua: Pearson Education, 2008. 556 p.
  2. RODRIGUES, Thiago Osawa et al. Outcomes of the Use of a Superflexible Nitinol Stent in the Popliteal Artery. Revista Brasileira de Cardiologia Invasiva (english Version), [s.l.], v. 22, n. 2, p.161-167, jun. 2014. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1843000000028.
  3. Buehler, W. J.; Gilfrich, J. W.; Wiley, R. C. (1963). “Effects of Low-Temperature Phase Changes on the Mechanical Properties of Alloys Near Composition TiNi“. Journal of Applied Physics 34 (5): 1475–1477.
  4. Schillinger M, Sabeti S, Loewe C, Dick P, Amighi J, Mlekusch W, Schlager O, Cejna M, Lammer J, Minar E. Balloon angioplasty versus implantation of nitinol stents in the superficial femoral artery. N Engl J Med. 2006;354:1879 –1888.
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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

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Liga níquel-titânico ou nitinol é uma liga metálica formada de níquel e titânio cuja característica mais interessante é o efeito de memória térmica de forma