Hoe werkt nitinoldraad?

Nitinol-draad is een soort vormgeheugenlegering (SMA) die unieke eigenschappen vertoont, zoals superelasticiteit en vormgeheugeneffect. Deze eigenschappen komen voort uit de unieke kristalstructuur van nitinol, waardoor het onder bepaalde omstandigheden een omkeerbare fasetransformatie kan ondergaan.

Bij hoge temperaturen bestaat nitinoldraad in de austenietfase, een sterk geordende kristallijne structuur. Wanneer de draad wordt afgekoeld tot onder een bepaalde temperatuur, de starttemperatuur van martensiet genoemd, ondergaat het een fasetransformatie naar de martensietfase, wat een minder geordende kristalstructuur is. In deze fase kan de draad gemakkelijk worden vervormd en behoudt hij zijn nieuwe vorm wanneer de vervorming wordt verwijderd. Wanneer de draad echter boven de martensieteindtemperatuur wordt verwarmd, ondergaat hij een tweede fasetransformatie terug naar de austenietfase en keert hij terug naar zijn oorspronkelijke vorm.

Laten we als voorbeeld een 45-graden hoge-temperatuur nitinoldraad beschouwen. Wanneer deze draad wordt verwarmd tot zijn austenietfasetemperatuur (boven 500 graden), zal hij volledig rechttrekken. Als het vervolgens rechtop wordt afgekoeld tot kamertemperatuur, behoudt het zijn rechte vorm omdat het zich in de martensietfase bevindt. Als de draad echter in de austenietfase wordt gebogen of rond een cilinder wordt gewikkeld en vervolgens wordt afgekoeld tot kamertemperatuur, behoudt deze zijn vervormde vorm. Wanneer de draad weer wordt verwarmd tot de temperatuur van de austenietfase, keert deze terug naar zijn oorspronkelijke rechte vorm.

Laten we nu eens kijken naar het scenario waarin de {{0}}graden nitinoldraad wordt afgekoeld tot onder de martensietafwerkingstemperatuur (ongeveer -10 tot 0 graden) terwijl deze wordt gebogen of rond een cilinder wordt gewikkeld. In dit geval zal de draad zijn vervormde vorm behouden, zelfs wanneer hij wordt verwarmd tot zijn austenietfasetemperatuur, omdat hij een permanente vervorming heeft ondergaan als gevolg van de martensietfasetransformatie. Daarom zal de draad zelfs bij hoge temperaturen niet terugkeren naar zijn oorspronkelijke rechte vorm.

Evenzo, als de draad wordt gebogen of in een knoop wordt gelegd terwijl hij zich in de austenietfase bevindt en vervolgens wordt afgekoeld tot kamertemperatuur, zal hij zijn vervormde vorm behouden, zelfs wanneer hij weer wordt opgewarmd tot de temperatuur in de austenietfase. Dit komt omdat de permanente vervorming veroorzaakt door de knoop niet ongedaan kan worden gemaakt door de martensietfasetransformatie.

Concluderend, het werkingsprincipe van nitinoldraad op hoge temperatuur is gebaseerd op de omkeerbare fasetransformatie tussen de austeniet- en martensietfasen, waardoor het superelasticiteit en vormgeheugeneffect kan vertonen. Als de draad echter in de martensietfase permanent wordt vervormd, zal hij zelfs bij hoge temperaturen niet in staat zijn om zijn oorspronkelijke vorm terug te krijgen.