Materiali a Memoria di Forma


I materiali a memoria di forma rappresentano una classe di materiali metallici dalle particolari proprietà meccaniche.
La loro caratteristica principale è quella di essere in grado di recuperare una forma preimpostata per effetto del semplice cambiamento di temperatura o dello stato di sollecitazione applicato.
La comprensione dettagliata del meccanismo alla base di questa fenomenologia non rientra nello scopo di queste note, ci limitiamo solo a ricordare che in questi materiali è presente una trasformazione di fase a stato solido che prende il nome di "trasformazione martensitica termoplastica" .

Un esempio di effetto memoria di forma è esemplificato nella successione di immagini di figura 1 : ad un filo di NiTi è stata impressa mediante adeguato trattamento termico, la forma di un anello. Una volta raffreddato il piccolo gadget è stato deformato in modo che la forma di partenza non sia più riconoscibile. Malgrado ciò non si è avuto il danneggiamento delle disposizioni atomiche di partenza e semplicemente riscaldando il filo (ad esempio con aria calda) si ha il progressivo recupero della forma iniziale.
Una ulteriore proprietà delle trasformazioni martensitiche termoplastiche, come prima accennato, è la possibilità di far avvenire la trasformazione non solo variando la temperatura, ma anche mediante l'applicazione di un opportuno stato di sollecitazione in condizione adeguate di temperatura.
Quello che succede fenomenologicamente è che il materiale recupera immediatamente la forma iniziale dando l'impressione di una notevole elasticità. A tale proprietà si da il nome di pseudoelasticità (impropriamente anche di superelasticità ) in quanto l'effetto complessivo è quello di un materiale che accetta notevoli deformazioni ed immediatamente recupera la sua forma iniziale.
Applicazione particolare di questa proprietà la si trova ad esempio nella costruzione di montature indeformabili per occhiali. Un occhiale con montatura composta da metalli pseudoplastici (aste e naso) può venir chiuso all'interno della mano e ritornare alla forma iniziale non appena viene riaperta la mano. 
L'interesse per le leghe a memoria di forma è perciò principalmente dovuto al fatto che possono agire contemporaneamente sia come "sensori", sia come attuatori; cioè sono capaci di muoversi e di azionare altri dispositivi in relazione ad uno stimolo ricevuto. 

PSEUDOELASTICITA':

In precedenza abbiamo visto l'applicazione delle leghe NiTi nel settore delle montature per occhiali. Pochi sanno che alcuni modelli di antenne per telefonini sono realizzate con questi materiali cosi come larga applicazione si ha nel settore ortodontico.
In tutti i casi la qualità che viene sfruttata è la particolare risposta meccanica dei fili a memoria di forma schematicamente rappresentata in figura 2 .

E' importante osservare come nella fase di carico compare una regione (linea rossa) in cui all'aumentare della deformazione non si ha un aumento di carico e similmente nella fase di scarico.

E' possibile, quindi, deformare il materiale anche molto severamente (sino al 6 - 8 % ) senza percepire un significativo aumento della resistenza del materiale.


RECUPERO DI FORMA:

L'impiego delle leghe NiTi nella modalità di recupero di forma può avvenire in tre modi:

1. Recupero libero : il recupero avviene in maniera libera. 
Ad esempio nel settore dei "gadgets" o nello sviluppo di piccoli dispositivi che ricordino una forma preordinata, generalmente mediante semplice riscaldamento di pochi gradi oltre la temperatura ambiente.
2. Recupero vincolato : nel caso in cui venga impedito da un vincolo non cedevole. 
E' il caso in cui il recupero di forma sia impedito da un vincolo; in questo caso il tentativo di ripristinare la forma viene convertito in uno sforzo che può essere utilmente impiegato per realizzare delle connessioni.
3. Attuatori : nel caso in cui il vincolo ceda secondo una qualche legge allo sforzo sviluppato dal materiale nel corso del recupero di forma rendendo ripetibile l'applicazione del sistema 
Lo schema più noto è quello rappresentato schematicamente in figura 3 dove una molla a memoria di forma viene fatta lavorare come antagonista di una normale molla di acciaio. Si sfrutta cosi il diverso modulo di elasticità che il materiale a memoria di forma esibisce ad alta e bassa temperatura. A bassa temperatura il materiale ha un modulo tale per cui la molla di acciaio riesce semplicemente a vincere la forza mantenendo la molla a memoria nella posizione compressa; aumentando la temperatura fino al punto di trasformazione sarà invece la molla a memoria a comprimere la molla antagonista in acciaio realizzando cosi uno spostamento del cursore alla estremità opposta. Una volta raffreddata la molla, si ritornerà alla configurazione iniziale pronti per ripetere questa attuazione.

CONCLUSIONI:

· risulta evidente che l'applicazione di tali materiali, nelle varie possibilità esposte, permette la realizzazione di particolarità non altrimenti risolvibili e la semplificazioni di meccanismi a volte ardui da realizzare.
· Il materiale a memoria di forma è disponibile commercialmente in varie forme , sia in filo che in lamiera.
· La Technosprings Italia s.r.l. ha recentemente approfondito, in collaborazione col C.N.R. , lo studio teorico e pratico dei suddetti materiali ed è pronta a analizzare e risolvere industrialmente i problemi che i vari utenti volessero proporre. 






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