Caracteristicile Aliajului Ni-Ti cu Memoria Formei

Abstract

Aliajele cu memoria formei fac parte din grupa materialelor “inteligente” intermetalice, cu un conţinut de nichel (55 %) şi titan. Cele două cuvinte ce definesc cel mai bine unicitatea acestor aliaje sunt “ Memoria Formei” şi “Superelasticitate” . În această lucrare voi prezenta câteva date despre proprietăţile acestor materiale ale viitorului.

Cuvinte cheie: SMA- Shape Memory Alloy – Aliaj cu memoria formei

NITINOL- NIckel TItanium Naval Ordnance Laboratory

Introducere

Având în vedere elementele stabilite de către Consiliul de Orientare Strategică şi priorităţile tematice avute în vedere pentru dezvoltarea economiei bazate pe cunoaştere, una din direcţiile de cercetare este şi cea în domeniul materialelor inteligente, noi şi cu aplicabilitate cât mai largă. Dintre acestea fac parte:

- aliaje cu memoria formei (SMA);

- materiale cu înaltă şi suprarezistenţă;

- oţeluri şi aliaje cu limita de curgere scăzută;

- materiale compozite; etc.

În acest sens au fost extinse cercetările în cadrul mai multor programe naţionale, cu acces la baze de date ale U.E.şi nu numai:

 MATNANTECH (micro- şi nanotehnologie)

 BIOTECH

 INFOSOC

 AEROSPATIAL

Prin intermediul acestor programe au fost studiate, mai mult sau mai puţin , în funcţie de aplicabilitatea lor în domeniul respectiv şi aliajele cu memoria formei (SMA). Cele mai cunoscute aliaje de acest fel sunt:

• Ag-Cd şi Au-Cd

• Cu-Al-Ni

• Cu-Zn şi Cu-Zn-X (X = Si, Al, Sn)

• Fe-Mn-Si

• Co-Ni-Al

• Ni-Ti (~55% Ni) denumit şi NITINOL Dintre acestea, aliajele Ni-Ti se dovedesc a fi printre cele mai pretabile la aplicaţii diverse şi voi reda mai pe larg cele mai reprezentative caracteristici ale lor.

Scurt istoric

Primii paşi în descoperirea efectului de memorie a formei unui aliaj au fost făcuţi în anii 1930. În 1932 A. Ölander a observat comportamentul pseudo-elastic al aliajului Ag-Cd. În 1938 Greninger şi Mooradian au studiat formarea şi dispariţia fazei martenitice la un aliaj Cu-Zn, prin modificarea temperaturii.În 1949 Kurdjumov şi Khandros, iar în 1951 Chang şi Read au eloborat cele mai ample studii despre femomenele de bază ale efectului de memorie indus de comportamentul termoelastic al fazei martensitice a anumitor aliaje.

Unul din paşii majori spre dezvoltarea aliajelor cu memoria formei a fost făcut de Buehler şi colegii săi din laboratoarele U.S.Naval, în 1960, atunci când descoperă efectul de memoria formei la un aliaj Ni-Ti şi numesc aliajul NITINOL (Ni-TI- Naval Ordinance Laboratory).

De la acest moment studiile legate de acest tip de materiale s-au intensificat şi diversificat. Tendinţele actuale ating tot mai multe domenii de cercetare şi aplicare.

Caracteristicile generale ale SMA

SMA este prescurtarea denumirii aliajelor ce prezintă proprietatea de a păstra memoria formei avute la un moment dat. Concret: unele metale au proprietatea de a reveni la forma iniţială unei deformări aplicate. Această revenire se poate realiza prin încălzirea metalului până la o temperatură apropiată, dar sub temperatura la care metalul trece într-o altă fază cristalografică. Această temperatură este denumită temperatura de transformare şi poate fi chiar sub temperatura ambientală.

La atingerea temperaturii de transformare, structura cristalină a unui metal trece de la faza martensitică (de temperatură joasă) la cea austenitică (de temperatură ridicată). NITINOL-ul poate fi întâlnit în trei stări fazice cu proprietăţi diferite deşi compoziţia chimică este aceeaşi.

1. forma martensitică-metalul este moale, ductil şi uşor deformabil;

2. forma martensitică, cu tensiuni induse (superelastică)- metalul este foarte elastic, comportament similar cauciucului;

3. forma austenitică- metalul este dur, rigid, asemănător Ti pur.