Materiais com memória de forma
Introdução
Em geral
Nitinol é uma liga de níquel (60-70%) e titânio (30-40%) e é o exemplo mais conhecido das chamadas ligas com memória de forma.
Embora os cientistas conhecessem algumas propriedades deste tipo de materiais desde 1945[1], as primeiras aplicações práticas só começaram a ser desenvolvidas 30 anos depois. Nos laboratórios da Marinha dos EUA, William Beuhler descobriu uma liga de níquel (Ni) e titânio (Ti) que apresentava essas propriedades, num programa de pesquisa que visava obter uma liga com alta resistência à corrosão. A equipe de pesquisadores que o descobriu batizou o novo material de NiTiNOL (sigla para Ni-Ti-Naval Ordnance Laboratory). É uma liga de níquel e titânio em proporções quase equimolares e que possui espetaculares propriedades de memória de forma. A memória de forma manifesta-se quando, após a deformação plástica, o material recupera a sua forma após um aquecimento suave. O nome desse material tornou-se sinônimo desse tipo de liga, assim como o Teflon é do politetrafluoretileno.
As ligas com memória de forma devem suas propriedades a uma transição de fase entre uma estrutura do tipo austenita e uma estrutura do tipo martensita. As transições de fase em sólidos podem ocorrer por dois mecanismos muito diferentes. O mais comum consiste no deslocamento dos átomos de suas posições de equilíbrio, por meio de um processo conhecido como difusão, para adotar uma nova estrutura mais estável nas condições de pressão e temperatura em que o material se encontra. Este tipo de transição geralmente ocorre lentamente.
As ligas com memória de forma também passam por uma transição de fase que é produzida por um movimento cooperativo de um grande número de átomos, que sofrem deslocamentos muito pequenos de suas posições de equilíbrio. Como não há difusão de átomos, essa transformação é muito rápida (pode atingir a velocidade do som). Esse tipo de transformação é chamada de martensítica, pois foram descritas pela primeira vez para a transformação do aço entre suas fases austenita (dúctil e maleável) e martensita (frágil e dura).
A martensita (baixa temperatura) é uma fase menos simétrica que a austenita (cúbica de face centrada). Uma vez gerada a fase martensítica por resfriamento, ela pode ser fácil e plasticamente deformada, mas a transformação por aquecimento recupera a ÚNICA estrutura tipo austenita possível. Este efeito, à escala macroscópica, manifesta-se na recuperação da forma inicial.
Num processo típico de transformação com memória de forma, a peça é resfriada do estado austenita para transformá-la em martensita. Nesta fase o material é maleável e facilmente deformado, mudando de forma. O aquecimento a uma temperatura superior à temperatura de transformação retorna o objeto à sua forma original.