Teoria ed applicazioni delle leghe a memoria di forma
Teoria ed applicazioni delle leghe a memoria di forma
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CORSO DI<br />
METALLURGIA DEI METALLI NON FERROSI<br />
Prof. Diego Colombo<br />
<strong>Teoria</strong> <strong>ed</strong> <strong>applicazioni</strong> <strong>delle</strong><br />
<strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong><br />
ANNO ACCADEMICO 1998/99<br />
Brugnara Marco – 1039im
In<strong>di</strong>ce<br />
INTRODUZIONE 3<br />
1 TRASFORMAZIONI MICROSTRUTTURALI 4<br />
1.1 Tras<strong>forma</strong>zione martensitica: cenni teorici 4<br />
1.2 Tras<strong>forma</strong>zione martensitica per le <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> 9<br />
1.3 La transizione <strong>di</strong> fase R 15<br />
2 TRATTAMENTI TERMICI 18<br />
2.1 Ciclaggio termico forzato della martensite 18<br />
2.2 Effetto dell’invecchiamento sulla fase R 19<br />
3 MISURA DELLE TEMPERATURE DI TRASFORMAZIONE 21<br />
4 LEGHE A MEMORIA DI FORMA DI UTILIZZO COMMERCIALE 24<br />
4.1 Leghe Ni-Ti 24<br />
4.2 Leghe a base Cu 26<br />
5 ESEMPI DI APPLICAZIONI COMMERCIALI 28<br />
5.1 Recupero vincolato 28<br />
5.2 Attuatori 29<br />
5.3 Applicazioni della superelasticità 32<br />
BIBLIOGRAFIA 33<br />
2
Introduzione<br />
Le <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> (Shape Memory Alloys, SMA’s) sono <strong>leghe</strong> metalliche scoperte<br />
abbastanza recentemente che hanno la capacità <strong>di</strong> ritornare ad una ben determinata <strong>forma</strong> quando<br />
vengono riscaldate. Quando una SMA è sotto la sua temperatura <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione può essere<br />
de<strong>forma</strong>ta abbastanza facilmente a causa del suo basso σ y ; se riscal<strong>di</strong>amo però il materiale<br />
sopra la temperatura <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione, subentra un cambio nella struttura cristallina che causa il<br />
ritorno alla <strong>forma</strong> originaria e sviluppa una forza notevole. Questa proprietà, unica nel suo<br />
genere, è sfruttata in moltissimi campi che spaziano da quello m<strong>ed</strong>ico a quello meccanico fino a<br />
quello microelettrico.<br />
Il fenomeno della <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> fu osservato per la prima volta nel 1951 su <strong>di</strong> una lega <strong>di</strong><br />
AuCd. Oggi le <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> più stu<strong>di</strong>ate sono quelle <strong>di</strong> Rame-Alluminio-Nickel,<br />
Rame-Zinco-Alluminio e Ferro-Manganese-Silicio ma quelle che sono utilizzate maggiormente<br />
sono quelle <strong>di</strong> Nickel-Titanio. Il nome generico della famiglia <strong>delle</strong> <strong>leghe</strong> Nickel-Titanio è<br />
Nitinol e solo dopo la scoperta della sua capacità <strong>di</strong> avere la <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>, avvenuta in<br />
modo peraltro casuale nel 1961 presso i Naval Ordnance Laboratory <strong>di</strong> White Oak in Maryland,<br />
si è cominciato a produrla in notevoli quantità.<br />
Attraverso questa relazione si vogliono approfon<strong>di</strong>re i motivi che portano all’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong><br />
<strong>forma</strong> stu<strong>di</strong>andone le tras<strong>forma</strong>zioni cristallografiche e i trattamenti termici. Di seguito verranno<br />
descritti i principali meto<strong>di</strong> per calcolare le temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione e verrà fatta una<br />
panoramica sulle <strong>applicazioni</strong> commerciali che utilizzano le <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>.<br />
3
1 Tras<strong>forma</strong>zioni microstrutturali<br />
1.1 Tras<strong>forma</strong>zione martensitica: cenni teorici<br />
Per capire il modo con cui avviene l’effetto della <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>, è necessario capire la<br />
struttura cristallina <strong>delle</strong> SMAs.<br />
Tutte le <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> sono contrad<strong>di</strong>stinte dall’avere due fasi cristalline o fasi ben<br />
<strong>di</strong>stinte. L’esistenza <strong>di</strong> una fase o <strong>di</strong> un’altra <strong>di</strong>pende dalla temperatura e dallo sforzo a cui il<br />
pezzo è sottoposto; la fase più stabile a bassa temperatura è la martensite (α ′ ) mentre quella<br />
presente ad alta temperature è l’austenite (γ ). Le proprietà <strong>di</strong> una SMA <strong>di</strong>pendono dalla quantità<br />
con cui una fase è presente; bisogna stu<strong>di</strong>are quin<strong>di</strong> come avviene la tras<strong>forma</strong>zione austenite<br />
martensite.<br />
La prima cosa che va osservata è che la tras<strong>forma</strong>zione martensitica è <strong>di</strong> tipo non <strong>di</strong>ffusivo.<br />
Questo significa che il moto degli atomi avviene in modo cooperativo, ossia si assiste al<br />
movimento coor<strong>di</strong>nato <strong>di</strong> un certo numero <strong>di</strong> atomi che da luogo alla nuova fase. Questa<br />
<strong>di</strong>fferenza è molto importante, perché ha come conseguenza che la tras<strong>forma</strong>zione non avviene<br />
in maniera isoterma ossia non si ha una <strong>di</strong>pendenza dal tempo, come invece accade per le<br />
tras<strong>forma</strong>zioni <strong>di</strong>ffusive.<br />
La forza motrice della tras<strong>forma</strong>zione da γ → α ′ è guidata da una variazione <strong>di</strong> energia libera<br />
Δ G .<br />
Fig. 1.1: andamento dell’energia interna dell’austenite e della martensite<br />
4
Come osservabile in figura 1.1, esiste una T EQ dove Δ G =0; a temperature più basse la<br />
tras<strong>forma</strong>zione è spinta verso α ′ , mentre a temperature maggiori è stabile γ .<br />
A <strong>di</strong>fferenza della tras<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong>ffusiva si osserva che la tras<strong>forma</strong>zione martensitica avviene<br />
solo sotto una certa temperatura più bassa della T EQ . È necessario quin<strong>di</strong> un minimo <strong>di</strong><br />
sottoraffr<strong>ed</strong>damento Δ T per far avvenire la tras<strong>forma</strong>zione e questa temperatura prende il nome<br />
<strong>di</strong> Martensite Start ( M S ). Lo stesso <strong>di</strong>scorso vale per il riscaldamento dove la tras<strong>forma</strong>zione in<br />
austenite avviene solo sopra una temperatura chiamata Austenite Start ( A S ).<br />
Non è detto però che se riscal<strong>di</strong>amo la martensite otteniamo austenite: questo non succ<strong>ed</strong>e ad<br />
esempio negli acciai dove anziché la tras<strong>forma</strong>zione in austenite si osserva una tras<strong>forma</strong>zione<br />
per <strong>di</strong>ffusione in perlite.<br />
L’effetto <strong>di</strong> una sollecitazione meccanica, come si potrà v<strong>ed</strong>ere meglio poi, può favorire la<br />
tras<strong>forma</strong>zione martensitica purché si stia sotto <strong>di</strong> una temperatura ben precisa che prende il<br />
nome <strong>di</strong> Martensite Start per De<strong>forma</strong>zione ( M D ) <strong>ed</strong> analogamente esiste una temperatura<br />
austenite start per de<strong>forma</strong>zione ( A D ) minore <strong>di</strong> A S . La <strong>di</strong>fferenza ΔG M - Δ G<br />
S M è quin<strong>di</strong> la<br />
D<br />
<strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> energia per la forza motrice della tras<strong>forma</strong>zione che può essere data con uno<br />
stress.<br />
La tras<strong>forma</strong>zione γ → α ′ avviene con la <strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> placchette lenticolari all’interno del<br />
grano austenitico. Dato che la tras<strong>forma</strong>zione non è <strong>di</strong>ffusiva, non è presente una variazione <strong>di</strong><br />
composizione chimica, mentre <strong>di</strong>pende dal continuo raffr<strong>ed</strong>damento. Abbassando la temperatura<br />
inoltre non si avrà un accrescimento <strong>delle</strong> placchette presenti bensì ne nucleano <strong>di</strong> nuove. Il<br />
100% <strong>di</strong> martensite <strong>di</strong> otterrà quin<strong>di</strong> solo per una determinata temperatura che prende il nome <strong>di</strong><br />
martensite finish ( F M ). Questa M F non è intrinseca del materiale ma <strong>di</strong>pende da come è stato<br />
condotto il raffr<strong>ed</strong>damento: se questo non è stato continuo si ha una stabilizzazione termica della<br />
martensite, ossia ricominciando a raffr<strong>ed</strong>dare occorre un certo Δ T affinché la tras<strong>forma</strong>zione<br />
continui ad avanzare, abbassando così anche M F . La causa <strong>di</strong> questa stabilizzazione è da<br />
ricercare nella <strong>di</strong>ffusione degli interstiziali che <strong>forma</strong>no le atmosfere <strong>di</strong> Cottrel indurendo la<br />
matrice <strong>di</strong> austenite e sfavorendo quin<strong>di</strong> la <strong>forma</strong>zione <strong>delle</strong> placchette <strong>di</strong> martensite.<br />
Il moto cooperativo <strong>di</strong> atomi che portano alla tras<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> fatto causa una de<strong>forma</strong>zione<br />
reticolare.<br />
5
Fig. 1.2: de<strong>forma</strong>zione plastica nell’austenite causata dalla tras<strong>forma</strong>zione in martensite.<br />
Come è osservabile in figura 1.2 tra α ′ e γ è presente una zona <strong>di</strong> accomodamento plastico<br />
della martensite nell’austenite.<br />
Esistono comunque due vincoli che governano questa de<strong>forma</strong>zione:<br />
1. Durante la tras<strong>forma</strong>zione esiste un piano che prende il nome <strong>di</strong> habit plane che rimane<br />
in<strong>di</strong>storto e non ruotato <strong>ed</strong> è proprio su questo piano dove nuclea la martensite.<br />
2. Austenite e martensite sono caratterizzate da due reticoli cristallini ben <strong>di</strong>stinti, con parametri<br />
<strong>di</strong> cella definiti. L’austenite ha un reticolo FCC mentre la martensite è un BCT o un BCC.<br />
Esiste però un’analogia tra questi due reticoli cristallini; osservando la figura 1.3 si può ‘v<strong>ed</strong>ere’<br />
dentro alle due celle FCC una cella BCT. Quest’ultima è però più alta <strong>di</strong> quella che <strong>forma</strong> la<br />
martensite. Si può pensare <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>re questa BCT virtuale in quella martensitica applicando<br />
una trazione (chiamata trazione <strong>di</strong> Bain) e successivamente un taglio <strong>ed</strong> una rotazione per<br />
ripristinare l’habit plane.<br />
6
Fig. 1.3: celle cristalline della martensite e dell’austenite.<br />
Applicando uno sforzo è quin<strong>di</strong> probabile che questo abbia una componente <strong>di</strong> taglio su un habit<br />
plane, dato che non è unico, favorendo quin<strong>di</strong> la tras<strong>forma</strong>zione martensitica.<br />
Esiste comunque una temperatura M D sopra la quale la tras<strong>forma</strong>zione in martensite per<br />
de<strong>forma</strong>zione non avviene; il perché è facilmente intuibile dalla figura 1.4 dove è graficato<br />
l’andamento con la temperatura dello sforzo <strong>di</strong> taglio per far avvenire la tras<strong>forma</strong>zione<br />
martensitica per de<strong>forma</strong>zione ( τ sit ) e l’andamento dello sforzo <strong>di</strong> taglio per de<strong>forma</strong>re il<br />
materiale ( τ NP ).<br />
Fig. 1.4: andamento degli sforzi <strong>di</strong> taglio con la temperatura<br />
L’andamento crescente della τ sit è dovuta la fatto che maggiore è la temperatura minore sarà il<br />
Δ G a <strong>di</strong>sposizione del sistema per fare avvenire la tras<strong>forma</strong>zione e quin<strong>di</strong> maggiore dovrà<br />
essere l’energia introdotta con lo sforzo <strong>di</strong> taglio.<br />
7
Si definisce M D come la temperatura sopra la quale un carico applicato induce una<br />
de<strong>forma</strong>zione plastica, mentre sotto <strong>di</strong> essa si puó avere tras<strong>forma</strong>zione martensitica per<br />
de<strong>forma</strong>zione.<br />
Va osservato infine, misurando una proprietà del materiale quale ad esempio il volume, che<br />
compiendo un intero ciclo <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione si ha un’isteresi che va da F M fino ad A F .<br />
Fig. 1.5: ciclo d’isteresi che si sviluppa con la tras<strong>forma</strong>zione martensitica<br />
L’ampiezza dell’isteresi <strong>di</strong>pende moltissimo dal materiale considerato: si va da circa 400 ° per la<br />
lega ferro nickel, dove si ha una variazione <strong>di</strong> volume del +4 %, fino a 4 ° per la lega<br />
in<strong>di</strong>o tallio con una variazione <strong>di</strong> volume del –0,004 %.<br />
8
1.2 Tras<strong>forma</strong>zione martensitica per le <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong><br />
Non tutte le <strong>leghe</strong> che presentano tras<strong>forma</strong>zione martensitica hanno l’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>.<br />
La temperatura <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione martensitica M S ha un’alta <strong>di</strong>pendenza dalla composizione<br />
della lega, come è ben visibile osservando la tabella 1.A dove con un cambio <strong>di</strong> composizione<br />
solo del 5% <strong>di</strong> zinco in una lega <strong>di</strong> rame, si ha una grossa variazione <strong>di</strong> M S .<br />
Cu<br />
Contenuto (in %)<br />
Zn Ni Si M S ( ° C )<br />
58<br />
40<br />
2<br />
-169<br />
59.5<br />
40<br />
0.5<br />
-128<br />
60.5<br />
39.5<br />
-126<br />
61.1<br />
38.9<br />
- 50<br />
63.5<br />
35<br />
1,5<br />
- 18<br />
Tab. 1.A: variazione <strong>di</strong> Ms in funzione della composizione chimica<br />
Ovviamente le <strong>leghe</strong> SMAs sono state stu<strong>di</strong>ate nella maggior parte affinché la tras<strong>forma</strong>zione<br />
martensitica avvenga a temperature vicino alla temperatura ambiente sia per facilitarne la<br />
produzione, sia soprattutto per utilizzare l’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> in <strong>applicazioni</strong> comuni.<br />
Il primo segno che la tras<strong>forma</strong>zione martensitica è iniziata, è la <strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> placchette<br />
aciculari; queste placchette però non sono visibili ad occhio nudo: si possono osservare solo<br />
dopo un attacco acido della superficie del materiale. Nelle <strong>leghe</strong> a base <strong>di</strong> rame le placchette<br />
martensitiche sono meno visibili più è basso il contenuto <strong>di</strong> zinco. Questa tras<strong>forma</strong>zione<br />
proc<strong>ed</strong>e finché finisce tutta la fase γ e termina alla temperatura <strong>di</strong> M F .<br />
In questo processo ci sono grosse <strong>di</strong>pendenze tra le orientazioni della matrice e della martensite;<br />
le placchette con orientazione preferenziale crescono a spese <strong>delle</strong> altre aumentando <strong>di</strong> numero e<br />
spessore.<br />
La prima con<strong>di</strong>zione che una lega presenti <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> è che questa tras<strong>forma</strong>zione sia<br />
termoelastica in natura. Osservando la de<strong>forma</strong>zione che la tras<strong>forma</strong>zione martensitica induce<br />
nel reticolo cristallino, come si v<strong>ed</strong>e in figura 1.6, si avrebbe la tendenza a passare dalla<br />
configurazione (a) a quella (d).<br />
9
Fig. 1.6: de<strong>forma</strong>zione non vincolata del reticolo cristallino per tras<strong>forma</strong>zione martensitica<br />
Nella realtà questa configurazione non è raggiungibile in quanto la matrice <strong>di</strong> austenite<br />
circostante vincola la de<strong>forma</strong>zione del reticolo, costringendolo a mantenere la posizione<br />
originale del cristallo. La tras<strong>forma</strong>zione martensitica introduce quin<strong>di</strong> uno stato <strong>di</strong> sforzo che<br />
porta ad una de<strong>forma</strong>zione locale applicando due possibili meccanismi: scorrimento (slip) e<br />
geminazione (twinning).<br />
10
Fig. 1.7: de<strong>forma</strong>zione vincolata <strong>di</strong> un reticolo con meccanismo tipo slip e tipo twinning<br />
Con il meccanismo <strong>di</strong> scorrimento ottengo una de<strong>forma</strong>zione plastica per moto <strong>delle</strong> <strong>di</strong>slocazioni<br />
che è quin<strong>di</strong> irreversibile, mentre con la geminazione si <strong>forma</strong>no <strong>delle</strong> placchette con<br />
orientazione cristallina <strong>di</strong>versa dalla matrice. Dato che con quest’ultimo meccanismo non ho<br />
rottura <strong>di</strong> legami atomici, ma solo un ‘accomodamento’, la de<strong>forma</strong>zione per twinning è<br />
reversibile e in questo caso la tras<strong>forma</strong>zione viene definita termoelastica.<br />
In alcune <strong>leghe</strong> questo è possibile solo per alcune configurazioni della matrice e della martensite,<br />
o può <strong>di</strong>pendere dalla <strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> geminati.<br />
Applicando uno sforzo <strong>di</strong> taglio in presenza <strong>di</strong> martensite termoelastica è possibile mettere in<br />
moto il bordo dei geminati ottenendo una variazione <strong>di</strong> <strong>forma</strong> netta con un meccanismo chiamato<br />
detwinning.<br />
11
Fig. 1.8: meccanismo <strong>di</strong> detwinning<br />
Questa tras<strong>forma</strong>zione avviene con livelli <strong>di</strong> carico abbastanza bassi, ma il processo deve essere<br />
condotto ad una temperatura minore della M F ; esaminando una curva sforzo de<strong>forma</strong>zione per<br />
un materiale <strong>di</strong> questo tipo si può v<strong>ed</strong>ere come la de<strong>forma</strong>zione per detwinning avviene in modo<br />
pressoché plastico. Il grado <strong>di</strong> de<strong>forma</strong>zione che si ottiene varia inoltre non solo con il tipo <strong>di</strong><br />
lega ma anche con la <strong>di</strong>mensione del grano iniziale; si è osservato infatti che grani sferoidali<br />
consentono un miglior effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> grani piatti.<br />
Fig. 1.9: Curva sforzo de<strong>forma</strong>zione con visibile il meccanismo <strong>di</strong> detwinning<br />
12
Un seguente riscaldamento sopra A F produce l’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> in quanto si ha un<br />
ritorno alla <strong>forma</strong> iniziale che si aveva con la fase austenitica.<br />
Questo fenomeno prende il nome <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> ad una via (One Way Shape Memory<br />
Effect, OWSME) in quanto se si riporta successivamente il pezzo ad una temperatura minore <strong>di</strong><br />
M F la configurazione macroscopica resta pressoché invariata e per avere nuovamente l’effetto<br />
<strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> bisogna agire nuovamente con una de<strong>forma</strong>zione.<br />
La percentuale <strong>di</strong> <strong>forma</strong> che viene recuperata è legata al grado <strong>di</strong> de<strong>forma</strong>zione prec<strong>ed</strong>entemente<br />
introdotta; i materiali a grana grossolana hanno un ritorno completo alla <strong>forma</strong> originale solo se<br />
la de<strong>forma</strong>zione che è stata applicata è minore del 7,5 %; se la de<strong>forma</strong>zione applicata è del 15%<br />
il ritorno alla <strong>forma</strong> originaria non supera il 92%. Nei materiali a grana fine in ritorno alla <strong>forma</strong><br />
originaria arriva al massimo al 87% anche con de<strong>forma</strong>zioni applicate che non superano il 3%.<br />
Questo e’spiegabile considerando che l’avere grana fina implica avere un ampia superficie <strong>di</strong><br />
bordo grano che è una zona con un or<strong>di</strong>ne reticolare molto basso e che quin<strong>di</strong> non ha<br />
tras<strong>forma</strong>zione termoelastica.<br />
Il ritorno alla <strong>forma</strong> originaria è associato a cambiamenti strutturali che possono avvenire anche<br />
molto rapidamente, nell’or<strong>di</strong>ne dei millisecon<strong>di</strong>, e che possono generare degli sforzi interni<br />
molto elevati: una lega TiNi50, ad esempio, può sviluppare uno sforzo <strong>di</strong> 700 MPa.<br />
Con alcune <strong>leghe</strong> è possibile ottenere l’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> sia della fase austenitica, sia<br />
della fase martensitica. Questo effetto, che prende il nome <strong>di</strong> effetto <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> a due<br />
vie (Two Ways Shape Memory Effect, TWSME), non è comunque una proprietà intrinseca del<br />
materiale, ma è un comportamento che il materiale deve ‘apprendere’ attraverso appositi<br />
trattamenti termici.<br />
Si agisce introducendo concentrazioni <strong>di</strong> <strong>di</strong>slocazioni per stress nella martensite in <strong>di</strong>rezioni<br />
preferenziali in modo che la tras<strong>forma</strong>zione γ → α ′ porti ad una <strong>forma</strong> ben precisa; il<br />
trattamento termico che viene utilizzato prende il nome <strong>di</strong> ciclaggio termico forzato della<br />
martensite (Paragrafo 2.1). Il pezzo viene de<strong>forma</strong>to sotto la M F <strong>ed</strong> immobilizzato il maniera<br />
che non mo<strong>di</strong>fichi mai il suo stato de<strong>forma</strong>to durante i successivi trattamenti termici condotti a<br />
temperature maggiori <strong>di</strong> F A e successivamente inferiori ad M F .<br />
Si può ottenere così un materiale che cambia automaticamente <strong>forma</strong> in <strong>di</strong>pendenza con la<br />
temperatura. Il grosso limite dell’effetto <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> a due vie risi<strong>ed</strong>e nel fatto che esiste<br />
un numero finito <strong>di</strong> cicli che può compiere prima <strong>di</strong> tornare a comportarsi come una lega<br />
OWSME, che <strong>di</strong>pende dal trattamento <strong>di</strong> ciclaggio termico forzato. Inoltre la percentuale <strong>di</strong><br />
<strong>forma</strong> che viene recuperata passando da austenite e martensite è inversamente proporzionale al<br />
numero massimo <strong>di</strong> cicli massimi richiesti al materiale.<br />
Numero Cicli<br />
Massima de<strong>forma</strong>zione reversibile (%)<br />
NiTi CuAlNi CuZnAl<br />
2<br />
10 6 1,2 1<br />
5<br />
10 2 0,8 0,8<br />
7<br />
10 0,5 0,6 0,5<br />
Tab. 1.B: relazione tra numero <strong>di</strong> cicli massimi e massima de<strong>forma</strong>zione per SMAs<br />
Altro limite è rappresentato dall’esistenza <strong>di</strong> una temperatura critica oltre la quale la lega perde<br />
la sua caratteristica <strong>di</strong> effetto <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> a due vie, vanificando così il trattamento <strong>di</strong><br />
ciclaggio termico forzato.<br />
Come già detto esiste una temperatura M D sotto la quale posso aver <strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> martensite<br />
per de<strong>forma</strong>zione meccanica. Se una lega <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> presenta la temperatura <strong>di</strong> fine<br />
13
tras<strong>forma</strong>zione austenitica F A più bassa della temperatura M D , si può avere un altro fenomeno<br />
molto importante che prende il nome <strong>di</strong> pseudoelasticità o superelasticità.<br />
Si intende con superelasticità la capacità <strong>di</strong> un materiale a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> <strong>di</strong> immagazzinare e<br />
recuperare totalmente gran<strong>di</strong> de<strong>forma</strong>zioni (anche del 6-8%), in gran parte a sforzo costante.<br />
Tale processo è dovuto al fatto che sotto l'azione <strong>di</strong> uno stato <strong>di</strong> sollecitazione, applicato a un<br />
materiale a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> nell'intervallo <strong>di</strong> temperature F A
Il fenomeno della superelasticità non è altro che un effetto <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> meccanica del materiale:<br />
esso, sotto l'azione <strong>di</strong> uno stato <strong>di</strong> sollecitazione, assume una configurazione de<strong>forma</strong>ta, ben oltre<br />
il limite elastico, che può essere ripristinata togliendo lo stato <strong>di</strong> sollecitazione.<br />
Nel comportamento superelastico il materiale immagazzina energia, che può, anche se non<br />
totalmente, essere restituita nel processo inverso: è stato mostrato che è possibile immagazzinare<br />
fino a 42 MJ m -3 in NiTi, entità da 5 a 40 volte quella immagazzinabile negli acciai.<br />
La possibilità offerta dai metalli a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> <strong>di</strong> immagazzinare gran<strong>di</strong> de<strong>forma</strong>zioni che<br />
possono essere integralmente recuperate sono impensabili nei materiali convenzionali: ciò spiega<br />
il successo <strong>di</strong> molte <strong>applicazioni</strong>, come verrà mostrato nel capitolo riguardante le SMAs<br />
commerciali.<br />
15
1.3 La transizione <strong>di</strong> fase R<br />
È stata osservata per le <strong>leghe</strong> NiTi quasi equiatomiche un’inusuale tras<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> fase dopo<br />
un trattamento <strong>di</strong> invecchiamento a bassa temperatura. Questa tras<strong>forma</strong>zione è particolare in<br />
quanto si ottiene un materiale che quando viene riscaldato presenta martensite <strong>ed</strong> austenite,<br />
mentre quando viene raffr<strong>ed</strong>dato appare anche una terza fase chiamata fase R.<br />
Osservazioni sperimentali hanno <strong>di</strong>mostrato che questa tras<strong>forma</strong>zione segue due strade <strong>di</strong>stinte,<br />
a seconda della percentuale <strong>di</strong> Ni presente: con la prima via seguita, verificata per una lega<br />
Ti-51,14 at % Ni, si ha la tras<strong>forma</strong>zione da austenite a fase R ( A → R ) seguita dalla<br />
<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> due separate tras<strong>forma</strong>zioni martensitiche dalla fase R ( 1 M R → e 2 M R → ).<br />
La seconda via, verificata per una lega Ti-50,2 at % Ni con identico trattamento <strong>di</strong><br />
invecchiamento, presenta una tras<strong>forma</strong>zione parziale A → R , seguita dalla tras<strong>forma</strong>zione<br />
R → M1<br />
in competizione con la tras<strong>forma</strong>zione 2 M A → .<br />
La presenza della fase R la si trova anche in una lega Ti50Ni47Fe3 analizzando l’andamento<br />
della resistenza elettrica al variare della temperatura temperatura.<br />
Fig. 1.11: curva della resistenza elettrica sulla temperatura <strong>di</strong> una lega Ti50Ni47Fe3<br />
16
La temperatura T′ R determina l’inizio della tras<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> fase R che termina alla temperatura<br />
T R ; la transizione è caratterizzata da un’isteresi su un intervallo <strong>di</strong> temperatura molto piccolo,<br />
circa 1,5 ° C . La variazione cristallografica che questa tras<strong>forma</strong>zione comporta è una lieve<br />
<strong>di</strong>storsione dell’angolo del reticolo cristallino; questo in<strong>di</strong>ca quin<strong>di</strong> che la transizione <strong>di</strong> fase R<br />
può presentare l’effetto <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>. Analizzando la figura 1.12, dove sono riportante<br />
una serie <strong>di</strong> curve sforzo de<strong>forma</strong>zione in funzione della temperatura, si nota che la<br />
de<strong>forma</strong>zione permanente dopo un ciclo carico-scarico viene recuperata con un riscaldamento a<br />
temperature maggiori <strong>di</strong> T R .<br />
Fig. 1.12: effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> della fase R<br />
L’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> è quin<strong>di</strong> associabile alla tras<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> fase R; si nota inoltre che<br />
la de<strong>forma</strong>zione recuperabile aumenta con il decremento della temperatura. La massima<br />
de<strong>forma</strong>zione recuperabile non supera comunque mai 1%, valore molto minore del recupero<br />
<strong>delle</strong> <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> martensitica.<br />
Quello che rende estremamente interessante questa tras<strong>forma</strong>zione è il comportamento della lega<br />
sotto con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> carico ciclico. In particolare osservando la figura 1.13 riferita sempre ad una<br />
lega Ti50Ni47Fe3, si osserva che la variazione dell’isteresi dopo 500.000 cicli termici è molto<br />
piccola.<br />
17
Fig. 1.13: variazione dell’isteresi dopo vari cicli termici.<br />
Questo risultato in<strong>di</strong>ca che la stabilità dell’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> della fase R è molto<br />
maggiore che quello della fase martensite, rendendo estremamente interessanti queste <strong>leghe</strong> per<br />
lo sviluppo <strong>di</strong> microattuatori termici.<br />
18
2 Trattamenti termici<br />
Vengono ora descritti due trattamenti termici tipici a cui sono sottoposte le <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong><br />
<strong>forma</strong>. Il primo trattamento riguarda il ciclaggio termico forzato della martensite per ottenere<br />
l’effetto Two Ways Shape Memory Effect e può essere applicato a tutte le <strong>leghe</strong> che presentano<br />
<strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>.<br />
Il secondo trattamento termico considerato è l’invecchiamento per ottenere la transizione <strong>di</strong> fase<br />
R; è quin<strong>di</strong> un trattamento termico riservato unicamente alle <strong>leghe</strong> NiTi.<br />
2.1 Ciclaggio termico forzato della martensite<br />
Il trattamento termico principale <strong>di</strong> una lega a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> è il già citato ciclaggio termico<br />
forzato della martensite. Questo trattamento, utilizzato per ottenere un effetto <strong>memoria</strong> a<br />
‘due vie’, è un passaggio molto delicato che necessita solitamente <strong>di</strong> essere determinato<br />
sperimentalmente per ogni singolo pezzo.<br />
Normalmente i pezzi vengono austenitizzati utilizzando temperature maggiori <strong>di</strong> 500 °C e tempi<br />
<strong>di</strong> circa 5 minuti in maniera da ottenere una fase omogenea; vengono poi raffr<strong>ed</strong>dati bruscamente<br />
tramite getti <strong>di</strong> aria fr<strong>ed</strong>da oppure quenchati in acqua vincolandoli in modo tale che debbano<br />
mantenere la <strong>forma</strong> impartitagli. Questo brusco raffr<strong>ed</strong>damento introduce stress termici molto<br />
elevati, soprattutto se il pezzo non è <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni, creando <strong>delle</strong> <strong>di</strong>slocazioni localizzate.<br />
Grazie a questa localizzazione la martensite si formerà seguendo <strong>di</strong>rezioni preferenziali. In<br />
questa maniera è possibile ottenere un effetto <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> anche nella tras<strong>forma</strong>zione<br />
austenite martensite.<br />
Utilizzare tempi o temperature maggiori permette <strong>di</strong> ottenere temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione più<br />
alte e con uno sviluppo maggiore <strong>di</strong> forza; <strong>di</strong> contro si ha un netto abbattimento dell’abilità del<br />
pezzo <strong>di</strong> resistere a de<strong>forma</strong>zione permanente.<br />
Un ultima peculiarità che è possibile osservare, è che queste <strong>leghe</strong> impiegano parecchio tempo a<br />
raggiungere la temperatura <strong>di</strong> processo desiderata, specialmente se il trattamento avviene in un<br />
forno ad aria. La <strong>forma</strong> e le proprietà desiderate vengono impartite alla lega soprattutto dal<br />
tempo che questa rimane alla temperatura massima; con pezzi <strong>di</strong> grosse <strong>di</strong>mensioni bisogna<br />
quin<strong>di</strong> riscaldare molto lentamente per evitare <strong>di</strong> avere un materiale con proprietà non<br />
omogenee.<br />
19
2.2 Effetto dell’invecchiamento sulla fase R<br />
Per stu<strong>di</strong>are l’effetto dell’invecchiamento sulla fase R vengono analizzate le curve ottenute<br />
tramite DSC per una lega Ti-50,2at%Ni, che ha subito uno specifico trattamento termico <strong>di</strong><br />
invecchiamento a 598 K per tempi <strong>di</strong>versi.<br />
Fig. 2.1: analisi tramite DSC <strong>di</strong> una lega Ti-50,2at%Ni dopo invecchiamento a 598 K per i tempi riportati<br />
20
Con l’aumento dei tempi <strong>di</strong> invecchiamento, la tras<strong>forma</strong>zione al raffr<strong>ed</strong>damento passa dalla<br />
tras<strong>forma</strong>zione singola A → M alla tras<strong>forma</strong>zione complessa A → R → M . Per tempi <strong>di</strong><br />
invecchiamento interm<strong>ed</strong>i si comincia a notare l’esistenza della tras<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> una seconda<br />
martensite 2 M , che aumenta con l’invecchiamento alle spese della martensite M 1 .<br />
La presenza <strong>di</strong> questa seconda martensite è legata all’apparire della fase R.<br />
In figura 2.2 vengono mostrati gli effetti della temperatura <strong>di</strong> invecchiamento sulle temperature<br />
<strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione.<br />
Fig. 2.2: effetti della temperatura <strong>di</strong> invecchiamento sulle temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione<br />
Si può notare che la temperatura della tras<strong>forma</strong>zione M → A aumenta in maniera lineare con il<br />
tempo. La fase R emerge ad una temperatura <strong>di</strong> 321 K dopo 23 ore <strong>di</strong> invecchiamento; è quin<strong>di</strong><br />
evidente che la transizione <strong>di</strong> fase R è in competizione con la tras<strong>forma</strong>zione martensitica. Per<br />
sfruttare al meglio l’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> <strong>di</strong> una o dell’altra è necessario quin<strong>di</strong> sottoporre il<br />
materiale ad un adeguato trattamento termico.<br />
In particolare, per inibire la tras<strong>forma</strong>zione martensitica <strong>ed</strong> ottimizzare la transizione <strong>di</strong> fase R è<br />
consigliabile un trattamento <strong>di</strong> precipitazione <strong>ed</strong> invecchiamento ad una temperatura tra i 400 e<br />
500 ° C con tempi abbastanza lunghi.<br />
È possibile altrimenti imp<strong>ed</strong>ire la tras<strong>forma</strong>zione in martensite introducendo una certa <strong>di</strong>fettosità<br />
nel reticolo cristallino. Questo si può fare o attraverso l’aggiunta <strong>di</strong> un terzo elemento in lega, ad<br />
esempio Fe o Al, oppure tramite una lavorazione a fr<strong>ed</strong>do e ricottura a 400 ° C .<br />
21
3 Misura <strong>delle</strong> temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione<br />
Per l’utilizzo <strong>delle</strong> <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> il conoscere le temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione, dette<br />
anche TTRs, è fondamentale.<br />
Le TTRs sono le temperature alle quali la lega subisce il cambiamento da austenite a martensite<br />
e viceversa. Ci sono svariati meto<strong>di</strong> per determinare queste temperature, ma i più usati,<br />
soprattutto per le <strong>leghe</strong> NiTi, sono: de<strong>forma</strong>zione a carico costante, DSC e A F attiva.<br />
Per lo stu<strong>di</strong>o con de<strong>forma</strong>zione a carico costante si applica un carico al sistema e si misura<br />
contemporaneamente la de<strong>forma</strong>zione e il ritorno <strong>di</strong> <strong>forma</strong> in funzione della temperatura quando<br />
il materiale è raffr<strong>ed</strong>dato e riscaldato nell’intervallo <strong>delle</strong> TTRs.<br />
Ad esempio in figura 3.1 è rappresentato l’allungamento e la contrazione <strong>di</strong> un provino a<br />
<strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> che viene prima raffr<strong>ed</strong>dato e successivamente riscaldato e a cui è applicato<br />
un carico <strong>di</strong> trazione costante.<br />
Fig. 3.1: calcolo <strong>delle</strong> TTRs per una lega <strong>di</strong> NiTi con il metodo del carico costante<br />
Il carico applicato è stu<strong>di</strong>ato in modo che sia similare a quello che sarà applicato al pezzo una<br />
volta in opera. Calcolando le tangenti alle linee dell’isteresi si possono così definire le<br />
temperature <strong>di</strong> inizio e fine tras<strong>forma</strong>zione martensitica <strong>ed</strong> inizio e fine tras<strong>forma</strong>zione<br />
austenitica. Bisogna tenere in considerazione che le temperature trovate attraverso questo<br />
metodo <strong>di</strong>pendono dal livello <strong>di</strong> carico applicato.<br />
22
Per riuscire a determinare le TTRs senza carichi applicati, bisogna ottenere più curve tipo quella<br />
<strong>di</strong> Fig. 3.1 a vari livelli <strong>di</strong> carico e riportare le temperature <strong>di</strong> interesse e lo sforzo applicato in un<br />
grafico. Si può in questo modo estrapolare le varie temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione con un carico<br />
nullo.<br />
Questo tipo <strong>di</strong> test è usato generalmente per le <strong>applicazioni</strong> che utilizzano la <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong><br />
mentre per stu<strong>di</strong>are la superelasticità si preferisce utilizzare meto<strong>di</strong> più precisi quale la<br />
calorimetria <strong>di</strong>fferenziata o DSC (Differential Scanning Calorimeter).<br />
Fig. 3.2: calcolo <strong>delle</strong> TTRs attraverso il DSC.<br />
Attraverso il DSC si misura la quantità <strong>di</strong> energia che viene rilasciata o assorbita da un campione<br />
raffr<strong>ed</strong>dato e riscaldato nell’intervallo <strong>delle</strong> temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione. Per stu<strong>di</strong>are un<br />
materiale si prepara un campione <strong>di</strong> partenza sottoponendolo ad un trattamento <strong>di</strong> ricottura<br />
completa a circa 700 ° C in modo che non siano presenti tensioni interne. Viene eseguito poi un<br />
ciclo termico <strong>di</strong> raffr<strong>ed</strong>damento e riscaldamento, tipicamente con una velocità <strong>di</strong> 20 ° C al<br />
minuto, e viene misurata la variazione del calore specifico c P . Si identifica un picco al<br />
raffr<strong>ed</strong>damento alla temperatura M P , mentre quando si riscalda si trova un altro picco alla<br />
temperatura A P . Tracciando poi le tangenti come da figura 3.2 si calcolano le TTRs.<br />
Un importante inconveniente dello stu<strong>di</strong>o tramite DSC è che questo metodo porta a pochi<br />
risultati se viene compiuto su un campione parzialmente tras<strong>forma</strong>to. Questo è molto importante<br />
perché molte volte per ottimizzare la superelasticità si preferisce non avere 100% martensite ma<br />
avere anche una percentuale <strong>di</strong> austenite. Stesso inconveniente lo si ha se si vuole stu<strong>di</strong>are un<br />
materiale che sia stato trattato termicamente in un intervallo <strong>di</strong> temperature tra i 400 e i 600 ° C .<br />
23
L’analisi tramite DSC implica una ricottura completa e viene compiuta spesso sul materiale<br />
grezzo per <strong>di</strong>stinguere le proprietà <strong>di</strong> base dei materiali senza che queste siano state mo<strong>di</strong>ficate<br />
da trattamenti termici o da lavorazioni a fr<strong>ed</strong>do.<br />
Per i materiali che hanno subito lavorazioni è necessario fare allora uno stu<strong>di</strong>o detto<br />
A F attiva, ossia v<strong>ed</strong>ere come varia A F applicando carichi costanti. Quest’analisi, che viene<br />
chiamata anche test <strong>di</strong> ‘bagno in acqua’ oppure <strong>di</strong> ‘bagno in alcool’ a seconda <strong>di</strong> dove viene<br />
effettuata, è condotta semplicemente incurvando un filo <strong>di</strong> campione della lega ad una<br />
temperatura minore <strong>di</strong> M S e misurando il ritorno <strong>di</strong> <strong>forma</strong> quando viene riscaldato. Ad esempio<br />
se il filo è piegato con la semplice pressione <strong>delle</strong> <strong>di</strong>ta a <strong>forma</strong>re un angolo <strong>di</strong> 180 º, prendendo<br />
quin<strong>di</strong> una <strong>forma</strong> tipo ‘molletta’, e successivamente immerso in un bagno <strong>di</strong> temperatura nota,<br />
l’effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> tenderà a raddrizzare nuovamente il filo. Si misura quin<strong>di</strong> l’angolo<br />
che viene recuperato per quella determinata temperatura e si <strong>forma</strong>no dei grafici tipo in figura<br />
3.3.<br />
Fig. 3.3: analisi <strong>delle</strong> TTRs attraverso il metodo Af attiva<br />
Si v<strong>ed</strong>e che il recupero totale dell’angolo <strong>di</strong> incurvatura lo si ha quando la temperatura del bagno<br />
è pari ad A F . Per non introdurre <strong>di</strong>slocazioni è importante che il raggio <strong>di</strong> curvatura del filo<br />
quando viene piegato <strong>di</strong> 180 º, sia maggiore <strong>di</strong> 10 volte il <strong>di</strong>ametro del filo. Questo metodo, che<br />
non richi<strong>ed</strong>e apparecchiature particolarmente complicate e costose, si rivela sorprendentemente<br />
accurato; bisogna considerare però che per analizzare una lega superelastica è necessario partire<br />
da temperature attorno ai –50 ºC<br />
Esistono altri meto<strong>di</strong> per misurare le TTRs, ad esempio considerando la variazione <strong>di</strong> resistività,<br />
ma i risultati così ottenuti hanno una precisione inferiore <strong>di</strong> quelli ottenuti utilizzando i meto<strong>di</strong><br />
sopra descritti.<br />
24
4 Leghe a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> <strong>di</strong> utilizzo commerciale<br />
Le uniche due <strong>leghe</strong> che hanno raggiunto un certo successo commerciale sono le <strong>leghe</strong> Ni-Ti e<br />
quelle a base rame. Le proprietà <strong>di</strong> questi due gruppi sono molto <strong>di</strong>fferenti.<br />
Le <strong>leghe</strong> Ni-Ti hanno de<strong>forma</strong>zioni recuperabili dall'effetto <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> maggiori,<br />
nell'or<strong>di</strong>ne dell'8% rispetto al 4-5% <strong>di</strong> quelle a base rame, possi<strong>ed</strong>ono un eccellente resistenza<br />
alla corrosione <strong>ed</strong> alla stress corrosion <strong>ed</strong> infine hanno una più alta duttilità.<br />
Dal canto loro, le <strong>leghe</strong> a base rame sono più economiche, possono essere fuse <strong>ed</strong> estruse in aria<br />
più facilmente e possi<strong>ed</strong>ono un range più ampio <strong>di</strong> potenziali temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione.<br />
I due sistemi <strong>di</strong> <strong>leghe</strong> presentano quin<strong>di</strong> vantaggi e svantaggi che devono essere valutati<br />
attentamente nella fase <strong>di</strong> un eventuale applicazione all'interno <strong>di</strong> un progetto.<br />
4.1 Leghe Ni-Ti<br />
La base del sistema <strong>di</strong> <strong>leghe</strong> del nichel-titanio sta nel composto intermetallico binario <strong>ed</strong><br />
equiatomico NiTi. Questo composto intermetallico mostra un moderato range <strong>di</strong> solubilità verso<br />
eccessi <strong>di</strong> nichel o titanio, così come verso la maggior parte degli altri elementi metallici, <strong>ed</strong><br />
inoltre esibisce una duttilità comparabile a quella <strong>delle</strong> <strong>leghe</strong> più comuni. Questa solubilità<br />
permette <strong>di</strong> aggiungere in lega molti elementi, al fine <strong>di</strong> mo<strong>di</strong>ficare sia le caratteristiche<br />
meccaniche che le proprietà della tras<strong>forma</strong>zione martensitica.<br />
Un eccesso <strong>di</strong> nichel, nell'or<strong>di</strong>ne dell'1%, è l'aggiunta in lega più comune <strong>ed</strong> ha l'effetto <strong>di</strong> far<br />
calare notevolmente il range <strong>di</strong> temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione e <strong>di</strong> incrementare la resistenza a<br />
snervamento dell'austenite.<br />
Altri elementi usati <strong>di</strong> frequente sono il ferro <strong>ed</strong> il cromo, per abbassare la temperatura <strong>di</strong><br />
tras<strong>forma</strong>zione e per favorire la transizione <strong>di</strong> fase R, <strong>ed</strong> il rame per <strong>di</strong>minuire l'isteresi e lo<br />
sforzo necessario per de<strong>forma</strong>re la martensite.<br />
Siccome elementi contaminanti comuni, come l'ossigeno <strong>ed</strong> il carbonio, possono variare le<br />
temperature <strong>di</strong> transizione e peggiorare le proprietà meccaniche, si deve minimizzare la loro<br />
presenza.<br />
Le principali proprietà fisiche del sistema binario NiTi <strong>ed</strong> alcune caratteristiche meccaniche della<br />
lega allo stato ricotto sono mostrate nella tabella 4.A. Si noti che questi valori si riferiscono alla<br />
lega equiatomica con un valore <strong>di</strong> A F pari circa a 100 ° C .<br />
Un indurimento per de<strong>forma</strong>zione selettiva <strong>ed</strong> un opportuno trattamento termico, possono<br />
migliorare <strong>di</strong> molto la facilità con cui si può de<strong>forma</strong>re la martensite, portando ad un'austenite<br />
molto più tenace e creando un materiale con caratteristiche <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> a due vie. Lo<br />
sviluppo <strong>di</strong> queste proc<strong>ed</strong>ure, al fine <strong>di</strong> ottenere le proprietà desiderate, rappresenta la possibilità<br />
<strong>di</strong> un maggior successo per questa famiglia <strong>di</strong> materiali.<br />
A causa della reattività del titanio in queste <strong>leghe</strong>, la fusione deve sempre avvenire sotto vuoto o<br />
in atmosfera inerte.<br />
25
Dopo una prima fusione dei lingotti, per una prima fase <strong>di</strong> lavorazione, possono essere usati i<br />
tipici meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> lavorazione a caldo come la forgiatura, la laminazione o l'estrusione. Le <strong>leghe</strong><br />
reagiscono lentamente con l'aria, cosicché le lavorazioni a caldo si possono fare con successo in<br />
atmosfera normale.<br />
Queste <strong>leghe</strong> possono essere sottoposte anche alla maggior parte <strong>delle</strong> lavorazioni a fr<strong>ed</strong>do,<br />
tuttavia incru<strong>di</strong>scono molto rapidamente e sono quin<strong>di</strong> necessarie frequenti ricotture. La filatura<br />
è probabilmente la tecnica più usata, e si riescono ad ottenere comunemente <strong>di</strong>ametri fino ai<br />
0.05 mm con eccellenti proprietà superficiali.<br />
La fabbricazione <strong>di</strong> articoli in NiTi si può fare prestando però una certa attenzione, infatti alcuni<br />
processi comuni <strong>di</strong>ventano particolarmente <strong>di</strong>fficoltosi. Le lavorazioni alla macchina utensile,<br />
come la fresatura o la tornitura, risultano molto <strong>di</strong>fficili se non con attrezzi speciali e molta<br />
esperienza. Anche i vari meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> saldatura risultano particolarmente <strong>di</strong>fficoltosi. Tuttavia il<br />
materiale risponde bene alla rimozione per abrasione, come la molatura, <strong>ed</strong> inoltre si riesce a<br />
tagliare con la cesoia a patto <strong>di</strong> mantenere sezioni piccole.<br />
Il trattamento termico per impartire la <strong>memoria</strong> della <strong>forma</strong> desiderata è spesso eseguito tra i 500<br />
e gli 800 ° C per pochi minuti (anche a 300-350 ° C ma in tempi più lunghi). Il campione, per<br />
tutto il corso del trattamento, deve essere costretto a mantenere la <strong>forma</strong> <strong>di</strong> cui si desidera<br />
memorizzare.<br />
Temperatura <strong>di</strong> fusione, deg. C 1300<br />
Densità, g/cm3<br />
Resistività, micro-ohms*cm<br />
6.45<br />
Austenite<br />
approx. 100<br />
Martensite<br />
Conducibilità Termica, W*cm*deg.C<br />
approx. 70<br />
Austenite<br />
18<br />
Martensite 8.5<br />
Calore Latente <strong>di</strong> Fusione, KJ/Kg*atoms<br />
Modulo <strong>di</strong> Young, GPa<br />
167<br />
Austenite<br />
approx. 83<br />
Martensite<br />
Yield Strength, MPa<br />
approx. 28<br />
Austenite<br />
195 to 690<br />
Martensite 70 to 140<br />
Ultimate Tensile Strength, MPa 895<br />
Resistenza alla Corrosione Simile agli acciai<br />
inossidabili della serie 300<br />
o alle <strong>leghe</strong> <strong>di</strong> titanio<br />
Temperature <strong>di</strong> Tras<strong>forma</strong>zione, deg.C -200 to 110<br />
Shape Memory Strain 8.5% maximum<br />
Tab. 4.A: Principali proprietà <strong>delle</strong> SMAs NiTi<br />
26
4.2 Leghe a base Cu<br />
Sono <strong>di</strong>sponibili come <strong>leghe</strong> ternarie CuZnAl e CuAlNi, o nelle loro varianti quaternarie con<br />
l'aggiunta <strong>di</strong> manganese. Elementi come boro, cerio, cobalto, ferro, titanio, vana<strong>di</strong>o e zirconio<br />
sono generalmente aggiunti per affinare la grana. Le proprietà principali sono elencate nella<br />
tabella 4.B.<br />
La fusione <strong>delle</strong> SMAs a base Cu viene fatta per induzione. Sono necessari un flusso protettivo<br />
<strong>di</strong> azoto o gas inerti sul fuso, specialmente durante la colata, per prevenire l'evaporazione dello<br />
zinco e l'ossidazione dell'alluminio.<br />
Sono inoltre usate proc<strong>ed</strong>ure <strong>di</strong> rapida soli<strong>di</strong>ficazione per produrre <strong>leghe</strong> a grana fine, evitando<br />
così l'utilizzo <strong>di</strong> affinatori.<br />
Queste <strong>leghe</strong> possono essere lavorate a caldo, in aria, senza problemi.<br />
Le <strong>leghe</strong> CuZnAl contenenti un basso tenore <strong>di</strong> alluminio (meno del 6% in peso) possono<br />
sottostare alle lavorazioni finali a fr<strong>ed</strong>do intervallate da proc<strong>ed</strong>imenti <strong>di</strong> ricottura; passando<br />
invece a tenori d'alluminio più elevati non si riesce a lavorarle a fr<strong>ed</strong>do facilmente.<br />
Le <strong>leghe</strong> CuAlNi sono invece fragili a basse temperature e possono essere lavorate solo a caldo,<br />
anche nelle ultime fasi.<br />
L'aggiunta <strong>di</strong> manganese <strong>di</strong>minuisce le temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione sia per CuZnAl che per<br />
CuAlNi, e spesso viene sostituito all'alluminio per migliorare la duttilità.<br />
Siccome le SMAs a base rame sono metastabili a temperatura ambiente a causa della presenza<br />
regione della fase β (la fase stabile ad alta temperatura), si rende necessario un trattamento<br />
termico <strong>di</strong> solubilizzazione ad alta temperatura e un conseguente raffr<strong>ed</strong>damento controllato al<br />
fine <strong>di</strong> riuscire ad avere fase β ritenuta per gli effetti <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>. Tuttavia è deleterio<br />
prolungare troppo questi trattamenti ad alte temperature perché possono causare la precipitazione<br />
a bordo grano dello zinco <strong>ed</strong> anche l'ingrossamento della grana.<br />
La tempra in acqua è generalmente usata per contenuti elevati <strong>di</strong> alluminio mentre può essere<br />
sufficiente un semplice raffr<strong>ed</strong>damento in aria sia per CuZnAl che per CuAlNi. E' necessario<br />
inoltre un trattamento <strong>di</strong> invecchiamento, dopo tempra, a temperature superiori ai normali valori<br />
<strong>di</strong> A F , al fine <strong>di</strong> rendere stabili i valori <strong>delle</strong> temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione, le quali dopo la<br />
tempra risultano <strong>di</strong> solito instabili.<br />
Le <strong>leghe</strong> CuZnAl, se temprate in maniera rapida e <strong>di</strong>retta nella fase martensitica, causano<br />
l'effetto <strong>di</strong> stabilizzazione della martensite. Questo effetto causa principalmente lo shift <strong>delle</strong><br />
temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione verso valori più bassi e quin<strong>di</strong> pospone o persino inibisce il<br />
recupero <strong>di</strong> <strong>forma</strong>. Per <strong>leghe</strong> con temperature <strong>di</strong> M S superiori a quella ambiente deve essere<br />
adottato un raffr<strong>ed</strong>damento lento o a step con un invecchiamento interm<strong>ed</strong>io nella fase β .<br />
La stabilità termica <strong>delle</strong> <strong>leghe</strong> a base rame è infine limitata dalla cinetica <strong>di</strong> decomposizione.<br />
Per questa ragione devono essere evitate esposizioni prolungate <strong>di</strong> CuZnAl e CuAINi a<br />
temperature rispettivamente superiori ai 150° C e 200° C . Persino proc<strong>ed</strong>ure <strong>di</strong> invecchiamento a<br />
temperature inferiori possono causare variazioni ai valori <strong>delle</strong> temperature <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione.<br />
Comunque la lega CuAINi ha una stabilità maggiore della CuZnAl se esposta ad alte<br />
temperature. In<strong>di</strong>spensabile quin<strong>di</strong> tenere presenti questi effetti, in fase <strong>di</strong> progettazione e <strong>di</strong><br />
scelta della lega, specialmente se è richiesta una notevole precisione e stabilità alle temperature<br />
<strong>di</strong> transizione.<br />
27
CuZnAI CuAINi<br />
Temperatura <strong>di</strong> Fusione, deg. C 950-1020 1000-1050<br />
Densità, g/cm3 7.64 7.12<br />
Resistività, micro-ohms*cm 8.5 to 9.7 11 to 13<br />
Conducibiltà Termica, W*cm*deg.C 120 30 to 43<br />
Capacità Termica, J/Kg*deg. C 400 373 to 574<br />
Modulo <strong>di</strong> Young, GPa<br />
Fase Beta<br />
72 85<br />
Martensite<br />
Yield Strength, MPa<br />
80 80<br />
Fase Beta<br />
350 400<br />
Martensite 80 130<br />
Ultimate Tensile Strength, MPa 600 500 to 800<br />
Temperature <strong>di</strong> Tras<strong>forma</strong>zione, deg. C
5 Esempi <strong>di</strong> <strong>applicazioni</strong> commerciali<br />
Le <strong>applicazioni</strong> <strong>delle</strong> <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> sono ormai presenti nei campi più <strong>di</strong>versificati:<br />
dalle connessioni nei circuiti idraulici degli aerei, ai <strong>di</strong>spositivi <strong>di</strong> fissaggio dei circuiti stampati,<br />
agli interruttori elettrici in <strong>di</strong>spositivi <strong>di</strong> sicurezza, ai sensori e/o attuatori.<br />
Non ultime tutte le <strong>applicazioni</strong> in campo biom<strong>ed</strong>icale, dagli impianti dentali e ortop<strong>ed</strong>ici alla<br />
strumentazione biom<strong>ed</strong>icale. Si citano qui le <strong>applicazioni</strong> più consolidate e in uso nei paesi più<br />
industrializzati, <strong>di</strong>stinguendo le <strong>applicazioni</strong> che sfruttano l'effetto <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>, catalogate<br />
sotto le <strong>di</strong>zioni recupero vincolato e attuatori, da quelle che sfruttano la superelasticità.<br />
5.1 Recupero vincolato<br />
Il recupero <strong>di</strong> <strong>forma</strong> vincolato è la modalità operativa sfruttata negli accoppiatori, nelle<br />
connessioni <strong>di</strong> fissaggio, nei connettori elettrici.<br />
Normalmente per <strong>applicazioni</strong> <strong>di</strong> questo tipo vengono utilizzate <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> ad<br />
una via, in quanto i pezzi, una volta installati, restano costantemente in esercizio.<br />
I vantaggi <strong>di</strong> tali accoppiatori su altri in competizione sono l'eccezionale riproducibilità, l'assenza<br />
<strong>di</strong> per<strong>di</strong>te e i bassi costi <strong>di</strong> installazione. Inizialmente essi venivano trasportati alla temperatura<br />
dell'azoto liquido nello stato espanso e venivano installati tramite semplice riscaldamento a<br />
temperatura ambiente. Più recentemente sono state sviluppate <strong>leghe</strong> per giunti che possono<br />
essere de<strong>forma</strong>ti a temperatura ambiente e installati tramite riscaldamento a 200 °C. Tali<br />
accoppiatori sono stati ampiamente usati in ambienti marini e in impianti industriali.<br />
Un tipico esempio dell’utilizzo <strong>delle</strong> <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> come accoppiatore è<br />
rappresentato dagli anelli UniLok ® prodotti dalla Intrinsic Devices Inc. (San Francicsco, CA).<br />
Fig. 5.1: anelli UniLok ®<br />
Questi anelli, stu<strong>di</strong>ati per essere applicati nei<br />
campi più svariati, vengono applicati sui pezzi<br />
che devono essere uniti e poi riscaldati.<br />
Tipicamente si ha un inizio <strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione, e<br />
quin<strong>di</strong> <strong>di</strong> <strong>di</strong>minuzione del <strong>di</strong>ametro, a circa<br />
50 °C. Se l’anello non è vincolato, ossia non è<br />
presente un substrato resistente all’interno<br />
dell’anello, si ottiene una tras<strong>forma</strong>zione del<br />
100% già a 100 °C. Se il substrato presenta una<br />
alta resistenza si può dover scaldare l’anello fino<br />
a 165 °C. La tras<strong>forma</strong>zione avviene in tempi<br />
molto brevi, massimo 5 secon<strong>di</strong>, così che non<br />
occorre restare per molto tempo alla temperatura<br />
<strong>di</strong> tras<strong>forma</strong>zione.<br />
29
Inoltre per verificare la completa tras<strong>forma</strong>zione, gli anelli sono ricoperti <strong>di</strong> una vernice<br />
termocromatica che cambia colore a seconda della temperatura. Per riscaldare gli anelli si<br />
possono utilizzare meto<strong>di</strong> svariati: getti <strong>di</strong> aria calda, induzione magnetica, tramite forno oppure<br />
riscaldamento <strong>di</strong>retto tramite fiamma. È possibile inoltre riscaldare gli anelli applicando un<br />
voltaggio da 1 a 10 Volt con un amperaggio compreso tra 25 e 300 ampere: in questo caso<br />
bisogna produrre una barriera <strong>di</strong>elettrica tra l’anello <strong>ed</strong> il substrato per evitare corto circuiti. Per<br />
fare ciò, l’anello viene ricoperto <strong>di</strong> un film sottile <strong>di</strong> DuPont Kapton ®, sfruttando la capacità <strong>di</strong><br />
queste <strong>leghe</strong> <strong>di</strong> essere rivestite tramite deposizione al plasma o per spalmatura ad alta<br />
temperatura.<br />
In alcuni casi è possibile riottenere la <strong>forma</strong> <strong>di</strong> partenza raffr<strong>ed</strong>dando il materiale ad una<br />
temperatura <strong>di</strong> –120 °C con l’azoto liquido. Il ritorno <strong>di</strong> <strong>forma</strong> non sarà comunque completo<br />
anche se sarà possibile utilizzare nuovamente il pezzo come accoppiatore.<br />
Fili sottili <strong>di</strong> Nitinol possono poi essere intrecciati<br />
per <strong>forma</strong>re dei cilindri a maglie che possono<br />
essere utilizzati in vari mo<strong>di</strong>.<br />
Uno molto importante è in campo m<strong>ed</strong>ico,<br />
sfruttando anche l’alta biocompatibiltà <strong>delle</strong> <strong>leghe</strong><br />
al titanio per gli interventi <strong>di</strong> angioplastica. In<br />
questo caso il cilindro ha la funzione <strong>di</strong> rinforzo <strong>di</strong><br />
vene <strong>ed</strong> arterie; una volta inserito si riscalda grazie<br />
alla temperatura corporea assumendo la <strong>forma</strong><br />
voluta. Inoltre è possibile garantire un certo grado<br />
<strong>di</strong> superelasticità affinché la protesi non si spezzi<br />
una volta in uso.<br />
Il nitinol, in campo m<strong>ed</strong>ico, può essere utilizzato<br />
anche per la costruzione <strong>di</strong> ancore <strong>di</strong> suture<br />
utilizzate per la frattura <strong>delle</strong> ossa.<br />
5.2 Attuatori<br />
Fig. 5.2: Nitinol prodotto a cilindri a maglie<br />
L'uso <strong>di</strong> attuatori in <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> è sempre stato ritenuto il mercato più<br />
potenzialmente interessante.<br />
Una molla a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> può essere attuata termicamente o elettricamente (riscaldamento<br />
per effetto Joule), consentendo l'azionamento <strong>di</strong> un <strong>di</strong>spositivo.<br />
Gli attuatori elettrici hanno un grande potenziale nelle <strong>applicazioni</strong> in robotica, come ad esempio<br />
nella mano artificiale.<br />
Gli attuatori termici hanno sinora avuto molto più successo degli attuatori elettrici: una <strong>delle</strong><br />
prime <strong>applicazioni</strong> è stata quella dell'apertura automatica <strong>delle</strong> finestre <strong>delle</strong> serre ottenuta da<br />
attuatori dotati <strong>di</strong> molle in <strong>leghe</strong> a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>, che aprivano le finestre quando la<br />
temperatura interna alla serra era troppo elevata, e la chiudevano quando essa <strong>di</strong>minuiva.<br />
Un altro esempio felice è costituito da un <strong>di</strong>spositivo molla-contromolla, dove la prima è una<br />
molla in NiTi che sfrutta la transizione <strong>di</strong> fase R e la seconda una molla tra<strong>di</strong>zionale: la molla in<br />
materiale a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> aziona l'apertura o la chiusura <strong>di</strong> deflettori d'aria nei con<strong>di</strong>zionatori
<strong>di</strong>pendentemente dalla temperatura dell'aria stessa. Ciò ha consentito <strong>di</strong> sostituire un complesso e<br />
più costoso <strong>di</strong>spositivo costituito da un sensore <strong>di</strong> temperatura, da un'unità elettronica <strong>di</strong><br />
controllo e da un servomotore per l'azionamento meccanico, con il sistema molla-contromolla,<br />
semplificando l'assemblaggio e limitando i costi.<br />
Altri esempi che possono essere citati sono l'impiego <strong>di</strong> attuatori a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> nelle<br />
macchine da caffè per controllare la temperatura dell'acqua, oppure in sistemi <strong>di</strong> miscelazione <strong>di</strong><br />
acqua calda-fr<strong>ed</strong>da in impianti domestici, per evitare scottature.<br />
L'uso <strong>di</strong> attuatori a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> può talvolta semplificare un meccanismo o un <strong>di</strong>spositivo,<br />
riducendo il numero <strong>di</strong> pezzi complessivo, aumentando l'affidabilità e quin<strong>di</strong> riducendo i costi<br />
associati.<br />
I motivi guida per scegliere un attuatore a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> risi<strong>ed</strong>ono:<br />
• nella semplicità del meccanismo d'azione, configurando l'elemento attivo secondo<br />
l'esigenza;<br />
• nelle con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> lavoro pulite, silenti, senza contatti a scintilla;<br />
• negli elevati valori potenza/peso (o potenza/volume). Uno stu<strong>di</strong>o effettuato ha messo in<br />
evidenza, come mostrato in figura 5.3, che il massimo rapporto potenze/peso ricavabili<br />
per una lega a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong>, (~ 100 W/kg), lo si ha per pesi piccoli (inferiori a<br />
100 g). Ciò spiega l'attuale grande interesse per i microattuatori nello sviluppo della<br />
micromeccanica.<br />
Fig. 5.3: stu<strong>di</strong>o sul miglior rapporto peso potenza degli attuatori <strong>di</strong>sponibili sul mercato<br />
Sono stati inoltre messi a punto dei processi per produrre film sottili <strong>di</strong> NiTi. Utilizzando la<br />
tecnica dello sputtering è possibile depositare un film <strong>di</strong> lega Nickel Titanio su una varietà <strong>di</strong><br />
substrati e con un ampia gamma <strong>di</strong> spessori, da 0,2 a 50 micron. Lo strato risultante, una volta<br />
staccato dal supporto, presenta la stessa caratteristica <strong>di</strong> <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> del Nitinol massivo. Il<br />
film può essere usato come attuatore e mostra una velocità <strong>di</strong> raffr<strong>ed</strong>damento molto alta avendo<br />
un’ampia superficie <strong>di</strong> scambio <strong>ed</strong> uno spessore sottile; è interessate quin<strong>di</strong> il suo utilizzo nei<br />
meccanismi <strong>di</strong> precisione, ad esempio microattuatori, valvole, interruttori e sistemi integrati<br />
elettromeccanici.<br />
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Fig. 5.4: curva sforzo de<strong>forma</strong>zione caratteristica <strong>di</strong> un film campione dello spessore <strong>di</strong> 16 micron<br />
In figura 5.4 è presentata la curva sforzo de<strong>forma</strong>zione <strong>di</strong> un film NiTi <strong>di</strong> spessore 16 micron,<br />
sopra e sotto la sua temperatura <strong>di</strong> transizione.<br />
Il grafico mostra che il film, come il materiale massivo, può fornire un recupero <strong>di</strong> de<strong>forma</strong>zione<br />
del 2% sotto un carico <strong>di</strong> 200 MPa; sotto queste con<strong>di</strong>zioni il film ha una durata operativa <strong>di</strong><br />
qualche milione <strong>di</strong> cicli.<br />
Fig. 5.5: Film <strong>di</strong> NiTi utilizzati nelle micropompe<br />
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5.3 Applicazioni della superelasticità<br />
Le <strong>applicazioni</strong> <strong>di</strong> maggiore successo della superelasticità sono quelle in cui la temperatura è ben<br />
controllata: spiega l'impiego in campo m<strong>ed</strong>ico, vista anche l’altissima biocompatibilità <strong>delle</strong><br />
<strong>leghe</strong> NiTi. Tra queste, l'utilizzo <strong>di</strong> fili Nitinol in campo ortodontistico ha aperto strade del tutto<br />
nuove nella terapia ortodontica.<br />
Il vantaggio rispetto all'uso <strong>di</strong> fili in acciaio inossidabile è costituito dal fatto che, dopo una<br />
deflessione iniziale imposta, essi ritornano alla configurazione <strong>di</strong> partenza, esercitando una forza<br />
continua e leggera, la cui entità è controllabile a priori. Ciò si traduce in un minor <strong>di</strong>sagio per il<br />
paziente, in uno spostamento dentario più efficace, con risparmio <strong>di</strong> s<strong>ed</strong>ute <strong>di</strong> controllo e anche<br />
<strong>di</strong> materiale.<br />
L'utilizzo <strong>di</strong> fili in NiTi e le ricerche in atto in questo settore fanno prev<strong>ed</strong>ere nel tempo a venire<br />
l'attuazione <strong>di</strong> una terapia personalizzata al singolo caso.<br />
Fig. 5.6: sonda guidacateteri<br />
Nella strumentazione biom<strong>ed</strong>icale, un filo <strong>di</strong> NiTi<br />
superelastico a temperatura corporea è utilizzato come<br />
sonda guidacateteri per la sua flessibilità <strong>ed</strong> elevata<br />
resistenza a subire piegature che consentono enormi<br />
vantaggi rispetto a fili in acciaio inossidabile.<br />
Un campo in rapida crescita è quello della strumentazione<br />
chirurgica non invasiva, che utilizza le proprietà<br />
superelastiche <strong>di</strong> NiTi: sono state realizzate sonde <strong>di</strong><br />
localizzazione e prelievo <strong>di</strong> tessuti, anche seguendo<br />
cammini complessi.<br />
Quanto sopra esposto non deve far ritenere che altri campi non siano stati interessati dalle<br />
proprietà superelastiche <strong>di</strong> queste <strong>leghe</strong>: basti citare le montature per occhiali che garantiscono<br />
comfort e durabilità.<br />
Un'applicazione allo stu<strong>di</strong>o nell'industria meccanica è costituita da bussole in NiTi superelastico<br />
per punte da trapano, in grado <strong>di</strong> assorbire gran<strong>di</strong> de<strong>forma</strong>zioni.<br />
L'elenco sopra esposto non è comunque per nulla esaustivo, ma testimonia la varietà <strong>di</strong><br />
<strong>applicazioni</strong> in settori <strong>di</strong>versificati.<br />
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Bibliografia<br />
V.S<strong>ed</strong>lacek, Non-ferrous metals and alloys, Elsevier Science Publishers, NY<br />
Ivana Lucchi, Effetti Pseudoelastici in una lega a <strong>memoria</strong> <strong>di</strong> <strong>forma</strong> CuAlBe, Tesi <strong>di</strong> Laurea,<br />
Università degli Stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> Trento, 1994<br />
Yinong Liu, X. Chen, P. G. McCormick, Effects of Low Temperature Ageing on the<br />
Tras<strong>forma</strong>zion Behavior of Near-Equiatomic NiTi, Journal of Materials Science n 32<br />
Yoshiki Oshida and Shuichi Miyazaki, Corrosion and Biocompatibility of Shape Memory Alloys,<br />
Corrosion Engineering, 40, (1991)<br />
H. Kahn, W. L. Benard, M.A. Huff, A.H. Heuer; Titanium-nickel shape memory thin film<br />
actuators for micromachin<strong>ed</strong> valves, Materials Research Society Symposium Proce<strong>ed</strong>ings, Fall<br />
1996, Boston, MA, vol 444, 1997.<br />
K. Ikuta, Proc. IEEE Workshop, pp. 2156-2161 (1990).<br />
Pagine WEB consultate:<br />
Shape Memory Alloys INC. http://www.sma-inc.com<br />
TiNi Alloy Company http://www.sma-mems.com<br />
TiNi Aerospace Inc marketing@tiniaerospace.com<br />
Vario materiale fornitomi dalla <strong>di</strong>tta INTRINSIC DEVICES INC,<br />
http://www.intrinsicdevices.com, San Francisco (CA) che ringrazio per l’estrema <strong>di</strong>sponibilità.<br />
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