Aliaje cu efect de memoria formei nitinol (Ni-Ti)

De ce sunt materialele avansate?

Materialele avansate, denumite și materiale inteligente, sunt materiale care au una sau mai multe proprietăți care pot fi modificate în mod semnificativ, dar și controlat, de către stimuli externi, precum: stresul, umiditatea, câmpurile electrice sau magnetice, lumina, temperatura, pH-ul sau compuși chimici.

Aliajele cu efect de memoria formei și polimerii cu efectul de memoria formei sunt materiale în care deformarea poate fi indusă și recuperată prin schimbări de temperatură sau modificări de efort (pseudoelasticitate). Efectul de memoria formei rezultă din modificarea martensitică a fazei și din elasticitatea indusă la temperaturi mai ridicate.

1. Introducere

Aliajele cu efect de memoria formei fac parte din grupa materialelor inteligente. Denumirea de aliaje cu efect de memoria formei definește un grup de materiale metalice care au abilitatea de a reveni la forme predefinite atunci cand li se aplică o procedură termică potrivită. Materialele care își schimbă forma doar la încălzire au efect de memorie într-un singur sens, numit efect de memorie a formei (EMF). Unele materiale își pot schimba forma și în timpul răcirii. Aceste materiale au efect de memorie în dublu sens (EMFDS).

Aliajele cu efect de memoria formei au constituit încă de la începutul descoperirii lor o latura inedită și interesantă a metalurgiei, prin spectacolul prin care pot transforma direct energia termică în lucru mecanic.

Primele observații ale efectului de memorie a formei datează din anul 1932 când chimistul suedez Arne Ölander a pus în evidență reversibilitatea transformarii în aliajele Au-Cd prin schimbarea rezistivității și observații metalografice. Același efect a fost observat și la Cu-Zn (alama) la începutul anilor '50. Descoperirea fenomenului de memorie s-a realizat abia în 1962 de catre W.H. Buechler, împreună cu Frederick Wang, pe un aliaj echiatomic NiTi.

Cuvântul Nitinol este derivat din compoziția și locul său de descoperire: (Nichel Titan-Laboratorul Naval Ordnance). William J. Buehler, împreună cu Frederick Wang, au descoperit proprietățile în timpul cercetărilor la Laboratorul Naval Ordnance în 1959. Buehler încerca să facă un con de rachetă mai bun, care ar fii putut rezista la oboseală, căldură și forța impactului. După ce a constatat că un aliaj 1:1 de nichel și titan ar putea face treaba, în 1961 a prezentat un eșantion la o ședință de laborator. Eșantionul, împăturit ca un acordeon, a fost dat din mână în mână, mai mult chiar, unul dintre ei a aplicat căldură de la bricheta și, spre surprinderea tuturor, eșantionul în formă de acordeon s-a contractat și a luat forma anterioară.

Aliajul de nitinol (parte a aliajului cu efect de memoria formei), este un aliaj metalic din nichel și titan, unde cele două elemente sunt prezente în procente atomice aproximativ egale, de ex. Nitinol 55, Nitinol 60. Acesta prezinta două proprietăți în strânsă corelație, cât și unice: efectul de memoriea formei (IMM) și superelasticitatea (SE; numită și pseudoelasticitate, PE). Memoria formei este abilitatea nitinolului de a suferi o deformare la o temperatură, apoi de a recupera forma inițială, nedeformată la încălzire peste "temperatura de transformare". Superelasticitatea apare la un interval de temperaturi restrâns, chiar peste temperatura sa de transformare; în acest caz, nu este necesară încălzirea pentru a face ca forma neformată să se recupereze, iar materialul prezintă o elasticitate enormă, de aproximativ 10÷30 ori mai mare decât a metalului obișnuit.