Leghe a memoria di forma Ni-Ti e loro costituenti

Prefazione alle leghe a memoria di forma

Le leghe a memoria di forma o SMA sono quei tipi di leghe che tendono sempre a "ricordare" la loro forma originale. Ciò significa che ricordano le loro forme forgiate a freddo e tornano alle forme pre-deformate o originali quando vengono riscaldate. Altri nomi con cui sono conosciute le leghe a memoria di forma sono leghe a memoria, metallo a memoria, leghe intelligenti di metallo, ecc. Le SMA sono generalmente leggere e vengono utilizzate in numerose applicazioni. Di seguito sono riportati alcuni usi e applicazioni delle leghe a memoria di forma.

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1. Principali applicazioni degli SMA

Le leghe a memoria di forma sono utilizzate in diversi settori industriali, come quello aerospaziale per la costruzione di aerei e motori, per ridurre il rumore degli aerei, ecc.
- Queste leghe intelligenti sono utilizzate anche nelle tubazioni, ad esempio per le condutture dell'acqua e del petrolio, ecc.
- Un altro impiego delle leghe a memoria di forma è nell'industria automobilistica.
- Queste leghe sono utilizzate anche nella robotica, nelle telecomunicazioni, nell'optometria, nell'odontoiatria e nella medicina.
- Molti motori sono realizzati con leghe a memoria di forma e la chirurgia ortopedica è un altro campo di applicazione.

2. Leghe a memoria di forma Ni-Ti

Leleghe a memoria di forma Ni-Ti sono quei tipi di leghe a memoria di forma realizzate con nichel-titanio, in quantità approssimativamente uguali. Oltre a questi due elementi, altri possono essere utilizzati per produrre leghe a memoria di forma: rame, zinco, oro e ferro, ma il Ni-Ti è la lega a memoria più comune. Le ragioni dell'utilizzo di questi due elementi per la produzione di leghe intelligenti sono molteplici, le principali delle quali sono riportate di seguito:

- Le leghe a memoria di forma Ni-Ti sono preferibili perché sono stabili, pratiche e presentano prestazioni termomeccaniche superiori rispetto ad altri metalli.
- Il carico di snervamento delle SMA a base di Ni-Ti è inferiore a quello dell'acciaio, ma è noto che alcune composizioni possono dare un rendimento migliore rispetto alla plastica e persino all'alluminio. Infatti, la tensione di snervamento del Ni-Ti può raggiungere i 500 MPa.
- L'utilizzo di leghe a base di Ni-Ti può determinare un elevato livello di deformazione plastica recuperabile indotta.

3. Produzione di SMA in Ni-Ti

Il Ni-Ti, o nitinolo, è molto difficile da creare o produrre. Ciò è dovuto al controllo eccezionalmente stretto della composizione e alla reattività eccezionalmente elevata del metallo di titanio. I due principali metodi di fusione utilizzati oggi per ottenere il nitinolo sono:

- rifusione ad arco sottovuoto: si tratta di un metodo in cui un arco elettrico viene scoccato tra la materia prima e la piastra di rame raffreddata ad acqua. La procedura di fusione avviene sotto vuoto spinto. Lo stampo utilizzato in questa procedura è rame raffreddato ad acqua e non viene introdotto carbonio durante il processo di fusione.
- Fusione a induzione sotto vuoto - è un metodo per ottenere il nitinolo che viene eseguito utilizzando campi magnetici alternativi per riscaldare le materie prime in un crogiolo. Anche questo processo viene eseguito sotto vuoto spinto, ma con l'unica differenza che nel processo viene introdotto il carbonio.

Non esistono prove che dimostrino quale di questi metodi sia migliore dell'altro ed entrambi presentano vantaggi propri.