1959 yılında ABD Deniz Kuvvetleri Laboratuvarı'nda (Naval Ordnance Laboratory) çalışan mühendisler, füze burun konileri için ısıya dayanıklı malzeme ararken tesadüfen bir şey keşfettiler. Nikel ve Titanyum karışımı bir metal, ısıtıldığında eski şekline geri dönüyordu. Bu alaşıma, elementlerin ve laboratuvarın baş harflerinden oluşan NiTiNOL (Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory) adı verildi.
Bu keşif, metalurjide yeni bir çağ başlattı. Çünkü Nitinol, sadece sağlam bir metal değil, aynı zamanda hareket edebilen bir "kaskatı aktüatör" gibiydi.
Bu "sihir" aslında atomik düzeyde gerçekleşen bir faz değişimidir (katı hal dönüşümü). Su donduğunda buza dönüşür; Nitinol de sıcaklığa göre iç yapısını değiştirir. Ancak bu değişim sırasında katı kalmaya devam eder.
Nitinol'ün iki temel kristal yapısı vardır:
Martensit (Düşük Sıcaklık Fazı): Malzeme soğukken bu fazdadır. Yapısı esnektir, kolayca bükülebilir ve deforme edilebilir. Atomlar "uyuyan askerler" gibi düzensiz ve rahattır.
Ostenit (Yüksek Sıcaklık Fazı): Malzeme belirli bir sıcaklığın üzerine (dönüşüm sıcaklığı) çıktığında bu faza geçer. Yapısı sert ve rijittir. Atomlar "hazır ol duruşundaki askerler" gibi sıkı bir nizama girer.
Siz teli soğukken (Martensit) büktüğünüzde, atomları kaydırırsınız ama bağları koparmazsınız. Isıttığınızda (Ostenit), atomlar o kadar güçlü bir enerjiyle eski yerlerine (hazır ol duruşuna) koşarlar ki, metalin şekli fiziksel olarak eski haline döner. Bu dönüş o kadar güçlüdür ki, metalin kendi ağırlığının katbekat fazlasını kaldırabilir.
Nitinol sadece ısıyla şekil değiştirmez, aynı zamanda bir lastik gibi davranabilir.
Şekil Hafıza Etkisi (Shape Memory Effect): Malzeme deforme edilir, ısıtılır ve eski haline döner. (Örn: Sıcak suya atılınca düzelen tel).
Süper Elastikiyet (Superelasticity): Bu özellik sabit bir sıcaklıkta gerçekleşir. Nitinol'ü çok fazla bükseniz bile (çeliğin kırılacağı noktanın çok ötesinde), bıraktığınız anda yay gibi geri fırlar. Gözlük çerçevelerinin bükülüp kırılmamasını sağlayan özellik budur.
Nitinol'ün bu eşsiz özellikleri, onu mühendisliğin en zorlu problemlerinin çözümü haline getirmiştir.
Nitinol vücut dokularıyla son derece uyumludur (biyouyumlu).
Stentler: Tıkalı damarları açmak için kullanılan kafesler, vücut ısısında genişleyecek şekilde programlanır. Damar içine soğuk ve sıkıştırılmış halde (Martensit) sokulur. Vücut ısısını (37 derece) gördüğünde genişleyerek (Ostenit) damarı açar ve orada sabit kalır.
Diş Telleri: Dişleri düzeltmek için sürekli ve hafif bir kuvvet gerekir. Paslanmaz çelik teller zamanla gevşerken, süper elastik Nitinol teller dişleri aylar boyunca sabit bir kuvvetle itmeye devam eder.
Uzay araçlarında ağır motorlar veya hidrolik sistemler kullanmak maliyetlidir. Nitinol teller, elektrik verildiğinde ısınarak kasılan "yapay kaslar" olarak kullanılır.
Güneş Panelleri: Uyduların güneş panelleri fırlatma sırasında katlanır. Yörüngeye ulaştığında Nitinol menteşeler ısınarak panelleri açar.
Mars Tekerlekleri: NASA'nın yeni nesil Mars araçları için geliştirdiği havasız tekerlekler, taşların üzerinden geçerken ezilen ama sonra hemen eski şekline dönen Nitinol örgüden yapılmıştır.
Geleneksel robotlar motorlarla ve dişlilerle hareket eder. Yumuşak robotik (Soft Robotics) alanında ise Nitinol teller, robotun bir ahtapot kolu gibi sessizce ve organik bir şekilde hareket etmesini sağlar.
Bu kadar harika bir malzeme neden her yerde (örneğin araba kaportasında) kullanılmıyor?
Maliyet: Titanyum pahalı bir metaldir ve alaşımı hazırlamak hassas vakum fırınları gerektirir.
İşleme Zorluğu: Nitinol çok sert ve aşındırıcıdır. Onu tornalamak veya frezelemek (talaşlı imalat) kâbustur. Genellikle lazer kesim veya elektro-erozyon (EDM) ile şekillendirilir.
Yorgunluk: Milyonlarca kez bükülüp düzeldiğinde, her metal gibi Nitinol de yorulabilir ve kırılabilir.
3D yazıcıları biliyoruz. Bilim insanları şimdi 4D Yazıcılar üzerinde çalışıyor. Burada 4. boyut "Zaman"dır. Nitinol tozu kullanılarak 3D yazıcıda basılan bir parça, üretimden günler sonra, ortam sıcaklığı değiştiğinde şekil değiştirip kendi kendine monte olabilir. Bu, uzayda kendi kendine kurulan istasyonlar veya vücut içinde şekil alan implantlar demektir.
Şekil hafızalı alaşımlar, maddenin "canlı" gibi davranabildiğinin en güzel kanıtıdır. Soğuk bir metal parçasının, sadece biraz ısıyla eski halini "hatırlayıp" o forma dönmesi, mühendislik ile sihir arasındaki çizginin ne kadar inceldiğini gösterir. Nitinol, geleceğin makinelerinin daha hafif, daha sessiz ve daha akıllı olacağının garantisidir.
