Un alliage à mémoire de forme (SMA, métal intelligent, métal à mémoire, alliage à mémoire, fil musculaire, alliage intelligent) est un alliage qui « se souvient » de sa forme d’origine et qui, une fois déformé, reprend sa forme pré-déformé lorsqu’il est chauffé. Ce matériau est une alternative légère et solide aux actionneurs conventionnels tels que les systèmes hydrauliques, pneumatiques et à moteur. Les alliages à mémoire de forme ont des applications dans la robotique et les industries de l’automobile, de l’aérospatiale et du biomédical.
Vue d’ensemble
Les alliages à mémoire de forme les plus répandus sont les alliages de cuivre-aluminium-nickel et de nickel-titane (NiTi), mais des alliages de zinc, de cuivre, d’or et de fer peuvent également être créés. Bien que les SMA à base de fer et à base de cuivre, tels que Fe-Mn-Si, Cu-Zn-Al et Cu-Al-Ni, soient disponibles dans le commerce et moins chers que le NiTi, les SMA à base de NiTi sont préférables pour la plupart des applications en raison de leur stabilité , praticabilité et performances thermomécaniques supérieures. Les SMA peuvent exister en deux phases différentes, avec trois structures cristallines différentes (à savoir, la martensite jumelée, la martensite et l’austénite jumelées) et six transformations possibles.
Les alliages NiTi passent de l’austénite à la martensite lors du refroidissement; Mf est la température à laquelle la transition vers la martensite s’achève lors du refroidissement. En conséquence, pendant le chauffage, As et Af sont les températures auxquelles la transformation de la martensite en austénite commence et se termine. L’utilisation répétée de l’effet de mémoire de forme peut entraîner un décalage des températures de transformation caractéristiques (cet effet est appelé fatigue fonctionnelle, car il est étroitement lié à une modification des propriétés microstructurales et fonctionnelles du matériau). La température maximale à laquelle les SMA ne peuvent plus être induites par le stress est appelée Md, où les SMA sont déformées de façon permanente.
Le passage de la phase martensite à la phase austénite dépend uniquement de la température et du stress, et non du temps, comme le sont la plupart des changements de phase, car aucune diffusion n’est impliquée. De même, la structure austénitique tire son nom d’alliages d’acier d’une structure similaire. C’est la transition réversible sans diffusion entre ces deux phases qui donne des propriétés spéciales. Bien que la martensite puisse être formée à partir d’austénite en refroidissant rapidement l’acier au carbone, ce processus n’est pas réversible, de sorte que l’acier n’a pas de propriétés de mémoire de forme.
ξ (T) représente la fraction de martensite. La différence entre la transition de chauffage et la transition de refroidissement donne lieu à une hystérésis au cours de laquelle une partie de l’énergie mécanique est perdue au cours du processus. La forme de la courbe dépend des propriétés matérielles de l’alliage à mémoire de forme, telles que l’alliage. et durcissement du travail.
Effets utilisables
Les alliages à mémoire de forme peuvent transmettre des efforts très importants sans fatigue notable à plusieurs 100 000 cycles de mouvement. Les alliages à mémoire de forme ont de loin la plus grande capacité de travail spécifique (rapport travail / volume de matériau) par rapport aux autres matériaux d’actionneur. Les éléments de mémoire de forme peuvent fonctionner pendant plusieurs millions de cycles. Cependant, lorsque le nombre de cycles augmente, les propriétés des éléments à mémoire de forme, par exemple, peuvent rester une déformation résiduelle après conversion.
En principe, tous les alliages à mémoire de forme peuvent tous effectuer des effets de mémoire de forme. L’effet souhaité est la tâche de la technologie de fabrication et des matériaux et doit être formé en ajustant les températures de fonctionnement et en optimisant les dimensions de l’effet.
Mémoire de forme unidirectionnelle ou bidirectionnelle
Les alliages à mémoire de forme ont différents effets de mémoire de forme. La mémoire de forme unidirectionnelle et bidirectionnelle sont deux effets courants. Un schéma des effets est présenté ci-dessous.
Les procédures sont très similaires: en commençant par la martensite, on ajoute une déformation réversible pour l’effet unidirectionnel ou une déformation sévère avec une quantité irréversible pour le bidirectionnel, en chauffant l’échantillon et en le refroidissant à nouveau.
Effet mémoire unidirectionnel
Lorsqu’un alliage à mémoire de forme est à l’état froid (inférieur à As), le métal peut être plié ou étiré et conservera ces formes jusqu’à ce qu’il soit chauffé au-dessus de la température de transition. Lors du chauffage, la forme reprend sa forme d’origine. Lorsque le métal refroidira à nouveau, il restera dans la forme chaude, jusqu’à ce qu’il se déforme à nouveau.
Avec l’effet unidirectionnel, le refroidissement à partir de températures élevées ne provoque pas de changement de forme macroscopique. Une déformation est nécessaire pour créer la forme à basse température. Lors du chauffage, la transformation commence à As et s’achève à Af (généralement entre 2 et 20 ° C ou plus, en fonction de l’alliage ou des conditions de charge). Cela dépend du type et de la composition de l’alliage et peut varier entre -150 ° C et 200 ° C.
Effet mémoire bidirectionnel
L’effet de mémoire de forme bidirectionnel consiste à rappeler au matériau deux formes différentes: une à basses températures et l’autre à la forme à hautes températures. Un matériau qui présente un effet de mémoire de forme pendant le chauffage et le refroidissement est dit à mémoire de forme bidirectionnelle. Ceci peut également être obtenu sans l’application d’une force externe (effet bidirectionnel intrinsèque). La raison pour laquelle le matériel se comporte si différemment dans ces situations réside dans la formation. La formation implique qu’une mémoire de forme peut « apprendre » à se comporter d’une certaine manière. Dans des circonstances normales, un alliage à mémoire de forme « se souvient » de sa forme à basse température mais, après chauffage, récupère immédiatement la forme à haute température, « oublie » immédiatement la forme à basse température. Cependant, il peut être « formé » à « se souvenir » de laisser quelques rappels de la condition déformée à basse température dans les phases à haute température. Il y a plusieurs façons de le faire. Un objet formé, entraîné et chauffé au-delà d’un certain point perdra l’effet de mémoire bidirectionnel.
Comportement pseudoélastique (« superélasticité »)
Dans les alliages à mémoire de forme, en plus de la déformation élastique ordinaire, un changement de forme réversible causé par une force externe peut être observé. Cette déformation « élastique » peut dépasser l’élasticité des métaux conventionnels jusqu’à vingt fois. La cause de ce comportement, cependant, n’est pas la force de liaison des atomes, mais une transformation de phase dans le matériau. Le matériau doit être présent dans la phase à haute température avec une structure austénitique. Sous la contrainte externe, le cubes centré sur le visage forme l’Austénite dans le martensite tétragonal déformé (corps centré ou cubique centré, tétragonal déformé) autour (martensite induite par le stress). Lorsqu’elle est déchargée, la martensite redevient austénite. Étant donné que chaque atome conserve son atome voisin pendant la transformation, il est également appelé transformation de phase sans diffusion. Par conséquent, la propriété est appelée comportement pseudoélastique. Le matériau revient lorsqu’il est soulagé par sa tension interne pour retrouver sa forme d’origine. Aucun changement de température n’est requis pour cela.
Les SMA présentent également une superélasticité, qui se caractérise par la récupération de souches relativement grandes avec toutefois une dissipation. En plus des transformations de phase induites par la température, des phases de martensite et d’austénite peuvent être induites en réponse à des contraintes mécaniques. Lorsque les SMA sont chargés dans la phase austénitique (c’est-à-dire au-dessus d’une certaine température), le matériau commence à se transformer en phase martensite (jumelée) lorsqu’une contrainte critique est atteinte. Lors du chargement continu et en supposant des conditions isothermiques, la martensite (jumelée) commencera à se séparer, permettant au matériau de subir une déformation plastique. Si le déchargement a lieu avant la plasticité, la martensite se reconvertit en austénite et le matériau retrouve sa forme initiale en développant une hystérésis. Par exemple, ces matériaux peuvent se déformer de manière réversible sous des contraintes très élevées – jusqu’à 7%. Une discussion plus approfondie sur le comportement pseudoélastique est présentée dans les travaux expérimentaux de Shaw & Kyriakides, et plus récemment par Ma et al.
L’histoire
Les premières étapes rapportées vers la découverte de l’effet de mémoire de forme ont été entreprises dans les années 1930. Selon Otsuka et Wayman, Arne Ölander a découvert le comportement pseudoélastique de l’alliage Au-Cd en 1932. Greninger et Mooradian (1938) ont observé la formation et la disparition d’une phase martensitique en diminuant et en augmentant la température d’un alliage Cu-Zn. Le phénomène fondamental de l’effet mémoire régi par le comportement thermoélastique de la phase martensite a été largement rapporté une décennie plus tard par Kurdjumov et Khandros (1949) ainsi que par Chang et Read (1951).
Les alliages nickel-titane ont été développés pour la première fois en 1962-1963 par le US Naval Ordnance Laboratory et commercialisés sous le nom commercial de Nitinol (acronyme de Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories). Leurs propriétés remarquables ont été découvertes par accident. Un échantillon souvent déformé a été présenté à une réunion de la direction du laboratoire. Le Dr David S. Muzzey, l’un des directeurs techniques adjoints, a décidé de voir ce qui se passerait si l’échantillon était soumis à la chaleur et de laisser l’allume-tube dessous. À la stupéfaction de tous, l’échantillon a retrouvé sa forme initiale.
Il existe un autre type de SMA, appelé alliage ferromagnétique à mémoire de forme (FSMA), qui change de forme sous des champs magnétiques puissants. Ces matériaux présentent un intérêt particulier car la réponse magnétique a tendance à être plus rapide et plus efficace que les réponses induites par la température.
Les alliages métalliques ne sont pas les seuls matériaux sensibles à la chaleur; Des polymères à mémoire de forme ont également été mis au point et sont disponibles dans le commerce à la fin des années 90.
Structures cristallines
De nombreux métaux ont plusieurs structures cristallines différentes ayant la même composition, mais la plupart des métaux ne montrent pas cet effet de mémoire de forme. La propriété spéciale qui permet aux alliages à mémoire de forme de retrouver leur forme initiale après chauffage est que leur transformation cristalline est totalement réversible. Dans la plupart des transformations cristallines, les atomes de la structure traversent le métal par diffusion, modifiant la composition localement, même si le métal dans son ensemble est constitué des mêmes atomes. Une transformation réversible n’implique pas cette diffusion d’atomes, mais tous les atomes se déplacent en même temps pour former une nouvelle structure, de la même manière qu’un parallélogramme peut être créé à partir d’un carré en appuyant sur deux côtés opposés. A différentes températures, différentes structures sont préférées et lorsque la structure est refroidie à travers la température de transition, la structure martensitique se forme à partir de la phase austénitique.
Alliages à mémoire de forme magnétique
Outre les alliages magnétiques à excitation thermique décrits ci-dessus, il existe des alliages à mémoire de forme (engl. En alliage à mémoire de forme magnétique, MSMA) montrant un changement de forme excité magnétiquement. Dans ce cas, déplacez-vous à travers l’application d’un champ magnétique externe, les limites du jumeau et il y a un changement de forme et de longueur. Le changement de longueur réalisable de tels alliages est actuellement dans la plage allant jusqu’à 10% avec des forces transférables relativement faibles (contrairement aux matériaux magnétostrictifs).
Fabrication
Les alliages à mémoire de forme sont généralement fabriqués par coulée, en utilisant la fusion à l’arc sous vide ou la fusion par induction. Ce sont des techniques spécialisées utilisées pour réduire au minimum les impuretés dans l’alliage et garantir le bon mélange des métaux. Le lingot est ensuite laminé à chaud en sections plus longues, puis étiré pour le transformer en fil métallique.
La façon dont les alliages sont « formés » dépend des propriétés recherchées. La « formation » dicte la forme que l’alliage retiendra lorsqu’il sera chauffé. Cela se produit en chauffant l’alliage de sorte que les dislocations se réorganisent dans des positions stables, mais pas trop chaudes pour que le matériau se recristallise. Ils sont chauffés entre 400 ° C et 500 ° C pendant 30 minutes, mis en forme à chaud, puis refroidis rapidement par trempe dans de l’eau ou par refroidissement à l’air.
Propriétés
Les alliages à mémoire de forme à base de cuivre et de NiTi sont considérés comme des matériaux d’ingénierie. Ces compositions peuvent être fabriquées sous presque toutes les formes et tailles.
La limite d’élasticité des alliages à mémoire de forme est inférieure à celle de l’acier conventionnel, mais certaines compositions ont une limite d’élasticité supérieure à celle du plastique ou de l’aluminium. La limite d’élasticité pour Ni Ti peut atteindre 500 MPa. Le coût élevé du métal lui-même et les exigences de traitement rendent difficile et coûteuse la mise en œuvre de SMA dans une conception. En conséquence, ces matériaux sont utilisés dans des applications où les propriétés super élastiques ou l’effet de mémoire de forme peuvent être exploités. L’application la plus courante est l’actionnement.
L’un des avantages de l’utilisation d’alliages à mémoire de forme est le niveau élevé de déformation plastique récupérable qui peut être induit. La contrainte maximale récupérable que ces matériaux peuvent supporter sans dommage permanent peut atteindre 8% pour certains alliages. Cela se compare à une contrainte maximale de 0,5% pour les aciers conventionnels.
Limitations pratiques
SMA présente de nombreux avantages par rapport aux actionneurs traditionnels, mais souffre d’une série de limitations qui peuvent entraver l’application pratique. Dans de nombreuses études, il a été souligné que seules quelques-unes des applications brevetées d’alliages à mémoire de forme avaient un succès commercial en raison de limitations de matériaux associées à un manque de connaissances en matière de matériaux et de conception et d’outils associés, telles que des approches et des techniques de conception inappropriées. Les difficultés rencontrées dans la conception d’applications SMA consistent à surmonter leurs limites, notamment une contrainte utilisable relativement faible, une fréquence d’actionnement faible, une contrôlabilité faible, une précision faible et un faible rendement énergétique.
Temps de réponse et symétrie de réponse
Les actionneurs SMA sont généralement actionnés électriquement, un courant électrique entraînant un chauffage par effet Joule. La désactivation se produit généralement par transfert de chaleur convective libre dans l’environnement ambiant. Par conséquent, l’actionnement du SMA est généralement asymétrique, avec un temps d’actionnement relativement rapide et un temps de désactivation lent. Un certain nombre de méthodes ont été proposées pour réduire le temps de désactivation du SMA, y compris la convection forcée, et retarder le SMA avec un matériau conducteur afin de manipuler le taux de transfert de chaleur.
De nouvelles méthodes pour améliorer la faisabilité des actionneurs SMA comprennent l’utilisation d’un « retard » conducteur. Cette méthode utilise une pâte thermique pour transférer rapidement la chaleur du SMA par conduction. Cette chaleur est ensuite plus facilement transférée dans l’environnement par convection car les rayons extérieurs (et la zone de transfert de chaleur) sont nettement plus importants que pour le fil nu. Cette méthode entraîne une réduction significative du temps de désactivation et un profil d’activation symétrique. En raison de l’augmentation du taux de transfert de chaleur, le courant requis pour obtenir une force d’actionnement donnée est augmenté.
Fatigue structurelle et fatigue fonctionnelle
Le SMA est sujet à la fatigue structurelle – un mode de défaillance par lequel le chargement cyclique entraîne l’initiation et la propagation d’une fissure qui aboutit à une perte de fonction catastrophique par fracture. La physique derrière ce mode de fatigue est l’accumulation de dommages microstructuraux lors du chargement cyclique. Ce mode de défaillance est observé dans la plupart des matériaux d’ingénierie, pas seulement les SMA.
Les SMA sont également sujets à la fatigue fonctionnelle, un mode de défaillance qui n’est pas typique de la plupart des matériaux d’ingénierie. La SMA ne subit pas de défaillance structurelle, mais perd ses caractéristiques de mémoire de forme / superélastique au fil du temps. En raison du chargement cyclique (mécanique et thermique), le matériau perd sa capacité à subir une transformation de phase réversible. Par exemple, le déplacement de travail dans un actionneur diminue lorsque le nombre de cycles augmente. La physique derrière cela est un changement progressif de la microstructure, plus précisément l’accumulation de dislocations de glissements de logement. Cela s’accompagne souvent d’un changement important des températures de transformation. La conception des actionneurs SMA peut également influer sur la fatigue structurelle et fonctionnelle de SMA, telles que les configurations de poulies dans le système SMA-Poulie.
Actionnement involontaire
Les actionneurs SMA sont généralement actionnés électriquement par chauffage Joule. Si le SMA est utilisé dans un environnement où la température ambiante n’est pas contrôlée, un déclenchement involontaire par chauffage ambiant peut se produire.
Applications
Industriel
Avion et vaisseau spatial
Boeing, General Electric Aircraft Engines, Goodrich Corporation, la NASA, la Texas A & M University et All Nippon Airways ont développé la Chevron à géométrie variable utilisant un NiTi SMA. Une telle conception de tuyère de ventilateur à surface variable (VAFN) permettrait des moteurs à réaction plus silencieux et plus efficaces à l’avenir. En 2005 et 2006, Boeing a mené à bien des tests en vol de cette technologie.
Les SMA sont à l’étude en tant qu’amortisseurs de vibrations pour les lanceurs et les moteurs à réaction commerciaux. La grande quantité d’hystérésis observée lors de l’effet superélastique permet aux SMA de dissiper de l’énergie et d’amortir les vibrations. Ces matériaux sont prometteurs pour réduire les fortes vibrations dues aux vibrations sur les charges utiles lors du lancement, ainsi que sur les aubes de soufflante des moteurs à réaction commerciaux, permettant ainsi des conceptions plus légères et plus efficaces. Les SMA présentent également un potentiel pour d’autres applications à fort choc telles que les roulements à billes et les trains d’atterrissage.
Il existe également un vif intérêt pour l’utilisation des SMA pour diverses applications d’actionneurs dans les moteurs à réaction commerciaux, ce qui réduirait considérablement leur poids et augmenterait leur efficacité. Cependant, des recherches supplémentaires doivent être menées dans ce domaine pour augmenter les températures de transformation et améliorer les propriétés mécaniques de ces matériaux avant que ceux-ci puissent être mis en œuvre avec succès. Ma et al. (1999) présentent une synthèse des progrès récents dans les alliages à mémoire de forme pour hautes températures (HTSMA).
Une variété de technologies de morphing des ailes est également à l’étude.
Automobile
Le premier produit à volume élevé (> 5 millions d’actionneurs / an) est une valve automobile utilisée pour contrôler les vessies pneumatiques à basse pression dans un siège auto qui ajuste le contour du support lombaire. Les avantages globaux du SMA par rapport aux solénoïdes utilisés traditionnellement dans cette application (faible bruit / CEM / poids / facteur de forme / consommation d’énergie) ont été le facteur crucial dans la décision de remplacer l’ancienne technologie standard par le SMA.
La Chevrolet Corvette 2014 est devenue le premier véhicule à incorporer des actionneurs SMA, qui ont remplacé les actionneurs motorisés plus lourds pour ouvrir et fermer l’évent de trappe qui libère l’air du coffre, facilitant ainsi la fermeture. Diverses autres applications sont également visées, notamment les générateurs électriques pour générer de l’électricité à partir de la chaleur dégagée et les barrages d’air à la demande pour optimiser l’aérodynamique à différentes vitesses.
Robotique
Il existe également peu d’études sur l’utilisation de ces matériaux en robotique, par exemple le robot amateur Stiquito (et « Roboterfrau Lara »), car elles permettent de créer des robots très légers. Récemment, une main prothétique a été introduite par Loh et al. cela peut presque reproduire les mouvements d’une main humaine [Loh2005]. D’autres applications biomimétiques sont également à l’étude. Les points faibles de la technologie sont l’inefficacité énergétique, des temps de réponse lents et une hystérésis importante.
Main robotique bio-conçue
Certains prototypes de main robotique basés sur SMA utilisent l’effet mémoire de forme (SME) pour faire bouger les doigts.
Structures Civiles
Les SMA trouvent diverses applications dans les structures civiles telles que les ponts et les bâtiments. L’une de ces applications est le béton armé intelligent (IRC), qui intègre des fils SMA noyés dans le béton. Ces fils peuvent détecter les fissures et se contracter pour guérir des fissures de taille macro. Une autre application est le réglage actif de la fréquence propre structurelle à l’aide de fils SMA pour atténuer les vibrations.
Tuyauterie
La première application commerciale destinée aux consommateurs était un couplage à mémoire de forme pour la tuyauterie, par exemple les canalisations de pétrole pour les applications industrielles, les conduites d’eau et les types de tuyauteries similaires pour les applications grand public / commerciales.
Télécommunication
La deuxième application à volume élevé était un actionneur autofocus (AF) pour un téléphone intelligent. Plusieurs sociétés travaillent actuellement sur un module de stabilisation optique d’image (OIS) piloté par des fils en SMA.
Médicament
Les alliages à mémoire de forme sont utilisés en médecine, par exemple, en tant que dispositifs de fixation des ostéotomies en chirurgie orthopédique, dans les appareils dentaires dentaires pour exercer des forces constantes de déplacement des dents sur les dents et en endoscopie capsulaire pour déclencher une biopsie.
La fin des années 1980 a été marquée par l’introduction commerciale du nitinol en tant que technologie habilitante dans un certain nombre d’applications médicales endovasculaires peu invasives. Bien que plus onéreuses que l’acier inoxydable, les propriétés auto-expansibles des alliages de nitinol fabriqués en BTR (réponse à la température corporelle) offrent une alternative attrayante aux dispositifs extensibles par ballonnet dans les endoprothèses où elle donne la possibilité de s’adapter à la forme de certains vaisseaux sanguins. exposé à la température corporelle. En moyenne, 50% de tous les stents vasculaires périphériques actuellement disponibles sur le marché mondial sont fabriqués avec du nitinol.
Optométrie
Les montures de lunettes en AMF contenant du titane sont commercialisées sous les marques Flexon et TITANflex. Ces cadres sont généralement fabriqués à partir d’alliages à mémoire de forme dont la température de transition est inférieure à la température ambiante prévue. Cela permet aux cadres de subir de grandes déformations sous contrainte, tout en retrouvant la forme souhaitée une fois le métal déchargé. Les très grandes déformations apparemment élastiques sont dues à l’effet martensitique induit par les contraintes, dans lesquelles la structure cristalline peut se transformer sous la charge, permettant ainsi à la forme de changer temporairement sous la charge. Cela signifie que les lunettes en alliages à mémoire de forme sont plus résistantes aux dommages accidentels.
Chirurgie orthopédique
Le métal à mémoire a été utilisé en chirurgie orthopédique comme dispositif de fixation-compression pour les ostéotomies, généralement pour les procédures des membres inférieurs. Le dispositif, généralement sous la forme d’une grosse agrafe, est stocké dans un réfrigérateur sous sa forme malléable et est implanté dans des trous pré-percés dans l’os à travers une ostéotomie. Lorsque l’agrafe se réchauffe, il retourne à son état non malléable et comprime les surfaces osseuses pour favoriser la consolidation des os.
Dentisterie
La gamme d’applications pour les SMA s’est élargie au fil des années, l’un des principaux domaines de développement étant la dentisterie. Un exemple en est la prévalence des orthèses dentaires utilisant la technologie SMA pour exercer des forces constantes de déplacement des dents sur les dents; l’arc en nitinol a été développé en 1972 par l’orthodontiste George Andreasen. Cela a révolutionné l’orthodontie clinique. L’alliage d’Andreasen a une mémoire de forme structurée, se dilatant et se contractant dans des plages de température données en raison de sa programmation géométrique.
Harmeet D. Walia a par la suite utilisé l’alliage dans la fabrication de limes canalaires pour l’endodontie.
Tremblement essentiel
Les techniques traditionnelles d’annulation active pour la réduction des tremblements utilisent des systèmes électriques, hydrauliques ou pneumatiques pour actionner un objet dans la direction opposée à la perturbation. Cependant, ces systèmes sont limités en raison de la grande infrastructure nécessaire pour produire de grandes amplitudes de puissance aux fréquences de tremblement humain. Les SMA se sont révélés être une méthode efficace d’actionnement dans les applications portatives et ont permis la création d’une nouvelle catégorie de dispositifs d’annulation des tremblements actifs. La cuillère Liftware, mise au point par Lift Labs, filiale de Verily Life Sciences, en est un exemple récent.
Moteurs
Des moteurs thermiques expérimentaux à semi-conducteurs, fonctionnant à partir des différences de température relativement faibles dans les réservoirs d’eau froide et chaude, ont été développés depuis les années 1970, notamment le moteur Banks, développé par Ridgway Banks.
Artisanat
Vendu en petites longueurs rondes pour une utilisation dans des bracelets sans attaches.
Matériaux
Les matériaux principalement utilisés comme alliages à mémoire de forme, également appelés matériaux cryogéniques, sont le NiTi (nickel-titane, nitinol) et, avec des propriétés encore meilleures, le NiTiCu (nickel-titane-cuivre). Les deux sont plus susceptibles d’être utilisés comme matériaux d’actionneur. A partir d’une stoechiométrie exacte (rapport quantitatif), les températures de transformation sont dépendantes. À une teneur en nickel inférieure à 50% en atomes, il est d’environ 100 ° C. Si on fait varier la teneur en nickel de l’alliage, il est possible de produire un comportement pseudoélastique ou pseudoplastique sous forme d’austénite ou de martensite à température ambiante.
Les autres matériaux à base de cuivre sont CuZn (cuivre – zinc), CuZnAl (cuivre-zinc-aluminium) et CuAlNi (cuivre-aluminium-nickel). Bien qu’ils soient moins chers, ils ont tous deux une température de transformation plus élevée et une mémoire de forme médiocre. Ils sont utilisés notamment dans les technologies médicales. FeNiAl (fer-nickel-aluminium), FeMnSi (fer-manganèse-silicium) et ZnAuCu (zinc-or-cuivre) sont moins courants.
Une variété d’alliages présentent l’effet de mémoire de forme. Les constituants d’alliage peuvent être ajustés pour contrôler les températures de transformation du SMA. Certains systèmes courants incluent les suivants (liste nullement exhaustive):
Ag-Cd 44/49 at.% Cd
Au-Cd 46,5 / 50 at.% Cd
Cu-Al-Ni 14 / 14,5% en poids d’Al et 3 / 4,5% en poids de Ni
Cu-Al-Ni-Hf
Cu-Sn env. 15 at% Sn
Cu-Zn 38,5 / 41,5% en poids de Zn
Cu-Zn-X (X = Si, Al, Sn)
Fe-Pt env. 25 at.% Pt
Mn-Cu 5/35 at% Cu
Fe-Mn-Si
Co-Ni-Al
Co-Ni-Ga
Ni-Fe-Ga
Ti-Nb
Ni-Ti env. 55–60% en poids de Ni
Ni-Ti-Hf
Ni-Ti-Pd
Ni-Mn-Ga