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Metales inteligentes - sQué son las aleaciones Inteligentes?, propiedades
Existen materiales que una vez que han aprendido algo
lo recuerdan. Son los materiales con memoria de forma, capaces de experimentar
transformaciones significativas a escala atómica ante
estímulos externos, como
pueden ser, por ejemplo, los cambios de temperatura o la aplicación de un campo
magnético. El efecto de memoria de forma y súperelasticidad en las aleaciones
SMA ya fue observado por Büehler y colaboradores en 1963 cuando descubrieron el
Nitinol, una aleación de Níquel y Titanio que a temperaturas bajas puede ser
deformado fácilmente, pero que al tomar alta temperatura cambia a una forma más
dura, ejerciendo una fuerza estable. El efecto por el cual
las SMA recuperan su forma es resultado de la transformación martensítica.
En este tipo de transformación tenemos una fase de
alta temperatura llamada austenita, también conocida como fase generatriz y de estructura cúbica.
Si enfriamos el material, su estructura cambia y pasa a una estructura de
laminillas, sumamente entretejidas y dispuestas en cortes
alternados, llamada martensita. La estructura cortada en forma alternativa, es
decir, en cortes opuestos consecutivos, conserva la
forma general del cristal. El estado por el cual las SMA
recuperan suforma es resultado de la transformación de fase sólida-sólida entre
dos estructuras materiales, es decir, la austenita y la martensita. En
el estado de martensita, una SMA es muy fácil de deformar mediante la
aplicación de tensiones, en virtud de la propagación del contorno de la
macla. Si en esta etapa se elimina la carga, la deformación
de la martensita persiste, lo cual le da la apariencia de una deformación
plástica. Sin embargo, después de ser deformada en el estado
martensítico, calentamiento el provoca
una transformación de la martensita en austenita, con lo cual el componente
recupera su forma original.
Cuando se quiere aprovechar la memoria de forma del material, se hace un
enfriamiento rápido, de tal manera que se esté por debajo de la temperatura
crítica, y una vez que se tiene esa martensita en frío, se deforma. Los tres
principales tipos de aleaciones con memoria de forma son los de cobre - zinc
aluminio - níquel , cobre-níquel, aluminio y níquel- titanio ( NiTi ) y en la
actualidad han cobrado gran interés comercial debido al amplio rango de funciones
que pueden cumplir en el área de la medicina, la odontología e industrial. Propiedades Estos materiales se pueden fabricar a casi cualquier
forma y tamaño. El nivel de producción de aleaciones con memoria de
forma es inferior a la del acero convencional, pero son
de gran utilidad yaque algunas composiciones tienen un límite de elasticidad
mayor que el plástico o el aluminio. El límite de elasticidad para el Ni Ti
puede alcanzar los 500 MPa El alto costo del mismo metal y las condiciones
de transformación hacen que sea difícil y costoso de implementar SMA en un
diseño. Como resultado, estos materiales se utilizan en aplicaciones donde las
propiedades super elástico o el efecto memoria de forma pueden ser explotadas.
Una de las ventajas de utilizar aleaciones con memoria de forma es el alto
nivel de deformación plástica que pueden ser inducidos. La tensión máxima que
estos materiales puede sostener permanentemente sin daño es de hasta 8% para
algunas aleaciones. Esto se compara con una tensión máxima de 0 % para los aceros convencionales. Aplicaciones ï‚·
Industriales
Aviones Boeing , General Electric Aircraft Engines , Goodrich Corporation , la
NASA , y All Nippon Airways desarrolló la geometría variable de Chevron con
aleación con memoria de forma que reduce el ruido de los motores de aeronaves.
Tuberías En el comercio se venden tuberías de aleaciones inteligentes para
acoplamientos con otras tubería (gracias a su deformabilidad aplicando calor),
por ejemplo, la
línea de tuberías de aceite para aplicaciones
industriales, tuberías de agua y otros tipos similares de tuberías. Robótica También ha habido muchos estudios sobre eluso de estos
materiales en robótica. Los puntos débiles de la
tecnología son la ineficiencia energética, los tiempos de respuesta lentos y
grandes de histéresis. El alambre de Nitinol también se usa
en unos pocos trucos magia, en particular los de calor y de cambiar de forma.
ï‚· Medicina
La década de 1980 vio la introducción comercial de nitinol como una tecnología
que permite en una serie de aplicaciones médicas mínimamente invasivas
endovasculares. Si bien es más costoso que el acero inoxidable, la ampliación
de las propiedades de las aleaciones de nitinol auto fabricado a BTR (la
temperatura del cuerpo de respuesta) han proporcionado una alternativa
atractiva a los dispositivos de globo expandible en injertos de stent en el que
la capacidad de adaptarse a la forma de ciertos vasos sanguíneos expuestos a la
temperatura corporal. En promedio, el 50% de todos los vascular periférica
stents disponibles actualmente en el mercado son fabricados con Nitinol. Optometría
Estos marcos se hacen generalmente con las aleaciones con memoria de
forma que su temperatura de transición establecida por debajo de la temperatura
ambiente esperada. Esto permite que los marcos que se
someten a grandes deformaciones bajo tensión recuperan su forma destinada una
vez que el metal se descarga de nuevo. La gran fuerza ejercida se deben a la
tensión inducida por efectomartensíticos, donde la estructura
cristalina puede generar una carga. Esto significa que las lentes fabricadas
con aleaciones de memoria de forma son más robustas para no ser dañado
accidentalmente. La cirugía ortopédica
Las aleaciones de memoria han sido utilizadas en
cirugía ortopédica como un dispositivo de
fijación de osteotomías, por lo general alrededor del pie y el tobillo. El dispositivo se
almacena en un refrigerador en su forma maleable y se
implanta en los agujeros previamente perforados en el hueso a través de una
osteotomía. Como el elemento se calienta se vuelve a su estado no maleable y
comprime las superficies óseas en conjunto para promover la unión de la
osteotomía. ï‚· Odontología
La gama de aplicaciones para el SMA ha crecido a lo
largo de los años, una importante área que se desarrollo fue la odontología. Un ejemplo es la prevalencia de los aparatos dentales con
tecnología SMA para ejercer constante fuerzas a los dientes, el cable arco de
nitinol fue desarrollado en 1972 por el ortodoncista Andreasen George. Esto revolucionó la ortodoncia clínica. La aleación de
Andreasen tiene una memoria de la forma modelada, se expanden y contraen dentro
de los rangos de temperatura dada por su programación geométrica. Harmeet D. Walia más tarde utilizó la aleación en la fabricación de
los archivos de canal de la raíz de la endodoncia.
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