ニチノールの概要

ニッケルチタン合金はニチノールとしても知られ、ニッケルと チタンからなる二元合金である。2つの元素は原子比でほぼ等しい（ニチノール55とニチノール60が一般的）。

オーステナイト相とマルテンサイト相

温度と機械的圧力の変化により、ニチノールにはオーステナイト相とマルテンサイト相という2つの異なる結晶構造相が存在します。

ニチノールでは、オーステナイト相は母相と呼ばれ、高温で合金が示す結晶相です。温度が下がると、オーステナイトは徐々にマルテンサイト（亜相）に変化します。

マルテンサイトとオーステナイトの変態の過程では、4種類の温度がある：

* As：昇温過程でマルテンサイトがオーステナイトに変態し始める温度。

* Af：温度上昇の過程で、マルテンサイトがオーステナイトへの変態を終了する温度。

* Ms：降温過程において、オーステナイトがマルテンサイトに変態し始める温度。

* Mf：温度降下の過程で、オーステナイトがマル テンサイトへの相変態を終了する温度。

ニチノールの相変態には熱ヒステリシスがあるため、AsとMfは等しくなく、同じ理由でAfとMsも等しくありません。

ニチノールの2つの特徴

1.形状記憶

形状記憶は、ある形状の母相がAf温度以上からMf温度以下に冷却され、完全にマルテンサイトを形成し、Mf温度以下でマルテンサイトを変形させることで起こります。Af温度以下に加熱されると、逆相変態により、材料は自動的に母相の形状に戻る。実際、形状記憶効果はニチノールの熱誘起相転移プロセスです。これは、ニチノールがある温度で変形し、その温度が「転移温度」よりも高くなると、変形していない元の形状に戻る能力を指す。

2.超弾性

いわゆる超弾性とは、外力の影響下で試料が弾性限界ひずみをはるかに超えるひずみを生じ、除荷時にひずみが自動的に復元する現象を指す。母相では、外部応力の影響により、ひずみがマルテンサイト相転移を引き起こし、合金は通常の材料とは異なる機械的挙動を示す。その弾性限界は通常の材料よりもはるかに大きい。そして、もはやフックの法則には従わない。形状記憶効果と比較して、超弾性は熱を伴いません。

ニチノールの用途

1.メガネフレーム

ニチノールの用途の多くは一般の人々には目に見えないが、非常に身近なものもある。ニチノールで作られたメガネフレームは、大きく曲げても完全に元に戻ります。また、何年か前、携帯電話に引き出し式のアンテナがあったとき、アンテナの多くがニチノール製で、折れたり永久に曲がったりすることなく曲げることができた。

2.歯科矯正

あなたやあなたのお子さんがニチノールを経験したことがあるかもしれない、もうひとつの超弾性用途は、歯科矯正医に使われるアーチワイヤーです。歯科矯正医はニチノールワイヤーを曲げ、歯に取り付けます。ワイヤーは超弾性なので、まっすぐな状態に戻ろうとし、絶えず歯に力を加えます。そのため、歯列矯正のために矯正歯科に通う回数が少なくて済みます。

3.医療器具

ニチノール製の手術器具や部品は、特に低侵襲手術や関節鏡手術において、多くのニーズを満たしています。これらはニチノールの超弾性と耐疲労性を利用している。曲げ加工を施した器具は、まっすぐにしてカニューレ（硬い管）を通して導入することができる。カニューレから出ると、器具は元の形に戻る。外科医が手技を行った後、器具はカニューレに戻され、そこで再びまっすぐになり、簡単に取り出すことができる。

ニチノールの超弾性品質は、生体適合性とともに、体内に埋め込む多くの種類の医療機器の製造に理想的です。私たちの多くに馴染みのある用途は、血管を支え、血管を開いた状態に保つ装置であるステントです。ニチノールの超弾性は、ステントや心臓弁などの医療器具をカテーテル内に収まる形状に圧縮することを可能にする。カテーテルが体内の正しい位置に配置され、医療器具が開放されると、元の形状に戻ります。

この同じ超弾性が、ニチノールを首の頸動脈や足の血管に使うステントに適した唯一の材料にしている。このような傷つきやすい場所では、ステントの部分に打撃が加わるとたわんでしまうが、ニチノール製ステントは意図した形状に戻る。他の材料で作られたステントは、このような衝撃で潰れたり、永久に曲がったりする可能性がある。

4.その他の用途

あまり知られていないが、ニチノールの形状記憶能力を利用した用途も数多くある。ある有名なコンピューター・メーカーは、PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)カードの取り出しにニチノールを使用しました。また、ニチノールは、航空機の油圧チューブの端を結合するカップリングにも使用されています。それほど深刻な用途ではないが、ニチノールは、マジックショップのスプーンをお湯に入れると曲げることができる。