Nickel-Titanlegierungsdraht (Ni-Ti, allgemein bekannt als Ni-Ti-Formgedächtnislegierungsdraht) ist eine typische Formgedächtnislegierung, die hauptsächlich aus Nickel und Titan in einem Verhältnis von etwa 1:1 besteht. Sein bemerkenswertestes Merkmal ist die Fähigkeit, durch martensitische und austenitische Phasenumwandlungen Formgedächtnis und Superelastizität zu zeigen. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Eigenschaften dieses Materials aufgeführt:
| Formgedächtniseffekt | Kann nach dem Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur eine vor-voreingestellte Form wiederherstellen; Beispielsweise nimmt ein gebogener Draht beim Erhitzen automatisch wieder seine ursprüngliche Form an. |
| Superelastizität | Kann innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs eine erhebliche wiederherstellbare Verformung erfahren und kehrt nach dem Entladen im Wesentlichen in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Erreicht je nach Legierungszusammensetzung und Verarbeitungszustand typischerweise eine erzielbare Dehnung von 6–8 %. |
| Einstellbare Phasen-Transformationstemperatur | Die Phasenumwandlungstemperatur kann durch Anpassen des Verhältnisses von Nickel-zu-Titan, der Wärmebehandlung und der Verarbeitungstechniken geändert werden, sodass das Design bei bestimmten Temperaturen eine Aktion auslösen kann. |
| Hohe Elastizität | Seine Fähigkeit zur elastischen Verformung übertrifft die von gewöhnlichen Metalldrähten deutlich und eignet sich daher für Federn, Aktuatoren und flexible Strukturen. |
| Gute Korrosionsbeständigkeit | Auf der Titanoberfläche bildet sich leicht ein stabiler schützender Titanoxidfilm, der zu einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit führt. |
| Gute Ermüdungsbeständigkeit | Es kann innerhalb angemessener Spannungs- und Temperaturbereiche wiederholte Phasenumwandlungen durchlaufen; Langfristiges Radfahren kann jedoch immer noch zu Ermüdung führen, daher muss die Betriebsbelastung kontrolliert werden. |
| Biokompatibilität | Bei entsprechender Oberflächenbehandlung kann es in bestimmten medizinischen Geräten wie Führungsdrähten, Stents und kieferorthopädischen Bögen verwendet werden. |
| Gute Dämpfungseigenschaften | Es kann einen Teil der mechanischen Energie während der Phasenumwandlung absorbieren und ableiten und sorgt so für eine wirksame Schwingungs- und Stoßdämpfung. |
| Hoher elektrischer Widerstand, der mit der Phasenumwandlung variiert | Der elektrische Widerstand von Nitinoldraht ändert sich mit der Temperatur, der Belastung und der Kristallstruktur; Folglich kann Widerstandserwärmung zur Betätigung genutzt werden. |
Ein Hauptmerkmal von Nitinol-Draht:Temperatur
Nitinol (Nickel-Titanlegierung) „glättet sich nicht einfach, wenn es erhitzt wird“; Vielmehr geht es zwischen verschiedenen Kristallstrukturen über:
Martensit ⇄ Austenit
Martensitischer Zustand: Relativ leicht verformbar; Der Draht kann in eine bestimmte Form gebogen werden.
Erhitzen in den austenitischen Zustand: Das Material durchläuft einen Phasenübergang und kehrt in seine voreingestellte „erinnerte“ Form zurück.
Rückkühlung zum Martensit: Es lässt sich relativ leicht wieder verformen.
Daher kann Nitinoldraht als eine Art Metalldraht verstanden werden, dessen Form und mechanische Eigenschaften über die Temperatur gesteuert werden können.
Im Vergleich zu gewöhnlichem Federstahldraht
Der herausragendste Vorteil von Nitinol-Draht ist nicht seine Festigkeit an sich, sondern:
„Große Verformung + Wiederherstellbarkeit + Temperaturreaktivität“
Während beispielsweise gewöhnlicher Stahldraht eine dauerhafte Verformung erfährt, wenn er über seine Elastizitätsgrenze hinaus gebogen wird, kann ordnungsgemäß behandelter Nitinoldraht einer erheblichen Verformung innerhalb seines Phasenübergangsbereichs standhalten und in seine ursprüngliche Form zurückkehren.
