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Le leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloys, SMA) sono materiali funzionali che esibiscono straordinarie proprietà termo-meccaniche quali: l’effetto memoria di forma (Shape Memory Effect, SME) sfruttato per realizzare attuatori smart capaci di integrare funzioni sensore/attuatore; la superelasticità (SE) impiegata nella realizzazione di dispositivi e componenti biomedicali (stent, fili per ortodonzia, cambre per osteosintesi, filtri, etc.). Queste caratteristiche sono dovute a una trasformazione martensitica, termoelastica e reversibile che avviene tra una fase genitrice austenitica, stabile ad alta temperatura e una fase martensitica, stabile a bassa temperatura.

Presso CNR IENI è stato sviluppato un nuovo approccio per l’utilizzo dei materiali a memoria di forma basato sul ciclaggio termico della martensite indotta da sforzo. In sostanza, il nuovo percorso termo-meccanico, denominato High-Performance Shape Memory Effect (HP-SME),[1] prevede l’impiego di elementi in NiTi, superelastici a temperatura ambiente, per la realizzazione di attuatori con elevate prestazioni. HP-SME consente, infatti, un notevole incremento dell’entità degli sforzi recuperabili e mantiene elevata la capacità di recupero della deformazione, con conseguente miglioramento delle proprietà funzionali di attuatori SMA basati su tale effetto.

Ieni 11

In figura sono riportate le curve S-S-T relative a fili di NiTi del diametro di 80 mm, sottoposti a un ciclo HP-SME (a) ed al tradizionale ciclo SME (b). E’ possibile osservare come il filo (a), austenitico a temperatura ambiente, sia in grado di recuperare una deformazione del 6% a carichi molto più elevati (800 MPa), circa 4 volte superiori, rispetto ai carichi consigliati dai produttori di materiale a memoria di forma (250 MPa) attualmente impiegati per la realizzazione di tradizionali attuatori SME.

Ieni 12

L’HP-SME consente inoltre lo sviluppo di una nuova classe di attuatori nei quali è possibile localizzare le zone attive in punti predeterminati. In figura è riportato un prototipo di mini-attuatore SMA a geometria diamond, tagliato laser presso CNR IENI (Lecco), nel quale la martensite indotta da sforzo si localizza in prossimità delle anse. Attraverso un ciclo di riscaldamento/raffreddamento, l’elemento SMA è in grado di sollevare in modo ripetuto un peso di 70 N, con uno stroke di 0.7 mm.

[1] R. Casati, M. Vedani, A. Tuissi, Thermal cycling of stress-induced martensite for high-performance shape memory effect, Scripta Materialia, 80 (2014) 13-16.

 

 

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