Materiale cu memorie

Cum se face ca materialele metalice pot avea aceasta însusire de recuperare a formei? Conform literaturii de specialitate, ...efectul de memoria formei apare în aliajele cu transformare martensitica termoelastica, cu retele coerente ale fazelor austenitice si martensitice, cu un histerezis al transformarii mic si cu variatii mici de volum în timpul transformarilor. Acum cred ca este foarte clar pentru toata lumea! Bineînteles ca oricât de avansata ar fi tehnologia actuala, nu ne putem gândi pâna acolo încât materialele metalice sau nemetalice ar putea fi atât de inteligente încât, în prezent, sa fie în stare sa retina în memorie numere de telefon, adrese, numere de autoturisme si altele asemenea. Însa fac altceva, îsi memoreaza forma, pe care „si-o amintesc” atunci când sunt supuse la diverse solicitari termice, mecanice, electrice, magnetice, chimice sau prin radiatii. Materialele cu memoria formei pot fi aliaje metalice, polimeri, materiale ceramice, materiale compozite sau materiale hibride. Cele mai cunoscute, si primele care au fost descoperite, sunt materialele metalice cunoscute sub denumirea de Aliaje cu Memoria Formei (AMF). Astfel, în 1932, Gustav Arne Ölander a descoperit efectul de memorie a formei la un aliaj de aur si cadmiu. Ölander (1902-1984) a fost profesor de chimie fizica la Universitatea din Stockholm si profesor de chimie teoretica si electrochimie la Institutul Regal de Tehnologie, fiind, între 1965 si 1974 membru al Comitetului Nobel pentru chimie. Apoi, L.C. Chang si T.A. Read de la Columbia University au pus în evidenta acest efect mai întâi la un aliaj aur-cadmiu, în 1951, si apoi la un aliaj indiu-taliu în 1953. De-a lungul vremii au fost realizate diverse aliaje cu memoria formei, pe baza de cupru-zinc, titan-nichel, fier-mangan-siliciu si multe alte combinatii de elemente chimice. În cazul aliajelor cu memoria formei care raspund la stimuli termici, lucrurile stau în felul urmator: se obtine prin diverse procedee metalurgice un material care are o anumita forma la temperatura camerei, dupa care acesta este deformat, fiind apoi supus unei anumite temperaturi, fapt care determina revenirea materialului la forma sa initiala. Cel mai cunoscut material metalic cu memoria formei poarta denumirea de NITINOL, de la Nickel Titanium - Naval Ordnance Laboratory. Astfel, în 1959, William J. Buehler si Frederick E. Wang au obtinut acest aliaj, dorind sa produca un vârf de racheta rezistent la diverse solicitari mecanice. În 1961, la o întâlnire în cadrul Naval Ordnance Laboratory, Buehler a prezentat o folie din acest material, pliata ca un acordeon. Unul dintre participanti a apropiat flacara brichetei de folia împaturita, care s-a îndreptat sub actiunea caldurii. Iata ca si fumatul este bun la ceva! Nu era prima oara când un fenomen fizic era pus în evidenta din întâmplare. Cum se face ca materialele metalice pot avea aceasta însusire de recuperare a formei? Conform literaturii de specialitate, ...efectul de memoria formei apare în aliajele cu transformare martensitica termoelastica, cu retele coerente ale fazelor austenitice si martensitice, cu un histerezis al transformarii mic si cu variatii mici de volum în timpul transformarilor. Acum cred ca este foarte clar pentru toata lumea! De fapt, totul se rezuma la transformarea martensitei în austenita si invers, acestea fiind niste solutii solide de fier si carbon. Dupa cum aflam din lucrarile domnului profesor Leandru Bujoreanu de la politehnica ieseana, …efectul simplu de memoria formei (EMF) reprezinta redobândirea unica si spontana a „formei calde” în urma încalzirii materialului aflat în „forma rece”. Forma calda este caracteristica domeniului austenitic, iar forma rece celui martensitic (MNMF_Note-de-curs_2018.pdf - tuiasi.ro). Oricum, este vorba de niste procese complicate, care necesita cunostinte foarte aprofundate de stiinta materialelor. Dar, la ce sunt utilizate materialele cu memoria formei? Aplicatiile sunt foarte diverse, de la domeniul aerospatial pâna la industria modei. De exemplu, ochelarii cu memorie revin la forma initiala daca sunt loviti sau deformati. De asemenea, unele tipuri de stenturi revin la forma initiala, dupa ce au fost amplasate în diverse locuri din corp. În ambele cazuri este vorba de materiale care reactioneaza la solicitari mecanice, având un comportament pseudoelastic sau superelastic. În tehnologia spatiala se utilizeaza antene telescopice din nitinol, care sunt pliate, dupa care, la plasarea satelitului pe orbita se extind sub actiunea caldurii solare. De asemenea, realizarea de structuri mecanice masive în spatiul cosmic este facilitata prin folosirea mansoanelor din nitinol care îsi modifica forma sub actiunea temperaturii permitând asamblarea componentelor cu sectiuni de diverse forme. Alte aplicatii se refera la mansoane pentru asamblarea conductelor din structura avioanelor militare sau a submarinelor nucleare. De asemenea, astfel de mansoane se folosesc pentru asamblarea conductelor submarine pentru transportul petrolului. S-au realizat roboti ale caror brate executa diverse miscari sub actiunea unor spirale sau sârme din nitinol. În medicina s-au folosit materiale metalice pentru îndreptarea coloanei vertebrale. Astfel, s-au utilizat tije din nitinol, care au fost amplasate pe coloana deformata, dupa care, la încalzirea la o temperatura usor peste cea a corpului uman, acestea au determinat îndreptarea coloanei vertebrale. De asemenea, sunt diverse aplicatii în ortopedie, pentru alinierea si fixarea oaselor, precum si în ordotontie, la alinierea dintilor cu ajutorul unor sârme din nitinol si nu din oteluri inoxidabile, nitinolul acoperind un domeniu mai mare de deformatii sub sarcina constanta. Exista colectii de moda care folosesc efectul de memorie a formei. Astfel, în diverse obiecte de îmbracaminte se amplaseaza fire sau sârme din materiale cu memoria formei, astfel încât, atunci când manechinul trece prin dreptul unor ventilatoare care degaja un jet de aer cald, îmbracamintea se desface ca prin miracol, de parca ar fi vie. Dar nu se desface complet!   Prof. univ. dr. ing. Neculai Eugen Seghedin, cadru didactic si prorector responsabil cu activitatea didactica la Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi” din Iasi