El desarrollo energético es un importante campo de aplicación de las aleaciones con memoria de forma. Utilizando la propiedad de las aleaciones con memoria de forma de cambiar de forma durante el calentamiento y el enfriamiento, la energía térmica de bajo grado, como el calor residual, la energía geotérmica y la energía solar, puede convertirse directamente en energía mecánica para su uso.
Basándose en este principio, se han desarrollado con éxito diversos motores térmicos que han acelerado su miniaturización y portabilidad.
En los últimos años, investigadores de todo el mundo han estado desarrollando materiales con función de memoria, principalmente memoria de forma, memoria de temperatura y memoria de color. Entre ellos, el desarrollo de materiales de aleación con memoria de forma es el más rápido.
Debido a su rendimiento superior y a las amplias perspectivas de aplicación de los materiales de aleación con memoria de forma en campos como la automoción, la robótica, el desarrollo energético, los equipos médicos y los electrodomésticos, se han convertido en una de las claves de la economía mundial. nuevos materiales a desarrollar en el siglo XXI.
Las aleaciones con memoria de forma fueron los primeros materiales con función de memoria descubiertos. A principios de los años 50, expertos de la Universidad de Illinois (Estados Unidos) descubrieron accidentalmente durante un experimento que las aleaciones de oro y cadmio tienen función de memoria de forma.
Más tarde se descubrió que las aleaciones de indio-talio también tienen un efecto de memoria similar, pero debido a su elevado coste no llamaron la atención. No fue hasta 1963 cuando el Instituto de Investigación de Armamento Naval de EE.UU. descubrió accidentalmente, durante sus investigaciones sobre aleaciones de níquel-titanio, que estas aleaciones tienen un importante efecto de memoria de forma.
También tienen muchas ventajas únicas que otros metales no poseen, como una excelente superelasticidad, resistencia a la corrosión y a las vibraciones. Este descubrimiento atrajo la atención de los investigadores y comenzaron las investigaciones al respecto.
En los últimos años, las aleaciones con memoria de forma han surgido con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, y se han desarrollado varias docenas de aleaciones con funciones de memoria de forma.
En la actualidad, las aleaciones con memoria de forma más utilizadas en la práctica son las series de níquel-titanio, cobre y hierro (o acero inoxidable).
Las aleaciones de níquel-titanio se encuentran entre los materiales más superiores y utilizados en las aleaciones con memoria de forma. Se caracterizan por su buena ductilidad, resistencia a la memoria de forma, deformación, resistencia a la corrosión, resistencia eléctrica y estabilidad, pero también tienen un coste elevado.
Estas aleaciones presentan comportamientos de memoria de forma unidireccionales y bidireccionales, y la gama de temperaturas a la que exhiben estos comportamientos puede ampliarse o reducirse mediante mejoras de la aleación.
En los últimos años, muchos países están trabajando en una serie de aleaciones de níquel-titanio mejoradas mediante la adición de otros elementos para mejorar aún más sus propiedades y reducir sus costes. Por ejemplo, la adición de cobre o vanadio, aluminio, cromo, circonio y trazas de calcio puede mejorar significativamente su tenacidad, maquinabilidad y capacidad de corte.
Además, la adición de elementos de tierras raras y boro, silicio, fósforo, azufre, etc., a las aleaciones de níquel-titanio-cobre puede dar lugar a aleaciones con memoria de forma con características de recuperación muy mejoradas.
Sumitomo Electric Industries, en Japón, produce alambres de aleación con memoria de forma estéticamente agradables añadiendo cobre (o aluminio, circonio, vanadio, cobalto, hierro) a aleaciones de níquel-titanio y trefilando el alambre después de tratamiento superficial, respondiendo a las exigencias decorativas.
Cantoku (Japón) ha desarrollado un alambre de aleación de níquel y titanio con un diámetro equivalente a la mitad del de un mechón de pelo, que presenta una buena capacidad de composición y tejido, elasticidad y sensibilidad térmica. Estas propiedades lo hacen ampliamente aplicable en ámbitos como válvulas de automóviles, calentadores de agua, reguladores de agua, reguladores térmicos eléctricos en miniatura y sujetadores.
Las aleaciones con memoria de forma a base de cobre son más baratas y fáciles de moldear que las aleaciones con memoria de níquel-titanio, por lo que tienen un importante potencial de desarrollo.
Sin embargo, la resistencia de las aleaciones con memoria de forma basadas en cobre es inferior a la de las aleaciones con memoria de níquel-titanio, y su capacidad de memoria disminuye rápidamente con el calentamiento repetido.
Para mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones con memoria a base de cobre, se utilizan pequeñas cantidades de titanioPueden añadirse cobre, manganeso y circonio. La aleación de cobre con memoria de forma más eficaz y utilizada es la aleación de cobre-cinc-aluminio.
Esta aleación tiene una gran conductividad térmica y es sensible a los cambios de temperatura, lo que la hace adecuada para fabricar componentes termosensibles. Países como Estados Unidos y Japón utilizan aleaciones de cobre-cinc-aluminio en abridores automáticos de ventanas de invernaderos y viveros para regular la temperatura ambiente.
Sin embargo, la resistividad de las aleaciones de cobre-cinc-aluminio es inferior a la de las aleaciones de níquel-titanio, lo que las hace inadecuadas para situaciones de calentamiento eléctrico. La adición de hierro o silicio puede mejorar su resistencia a la corrosión.
Una empresa de Tokio (Japón) ha desarrollado con éxito una aleación de cobre, níquel y aluminio con efectos de memoria del color. Esta aleación cambia de rojo a dorado a distintas temperaturas y puede utilizarse ampliamente en la producción de artesanía, decoración, juguetes y electrodomésticos.
Las aleaciones con memoria de forma basadas en hierro son económicas y abundantes, lo que las hace más competitivas. Entre las aleaciones con memoria de forma de hierro desarrolladas figuran las aleaciones de hierro-manganeso, las aleaciones de hierro-platino y las aleaciones con memoria de forma de acero inoxidable.
Añadiendo silicio a las aleaciones de manganeso, pueden obtenerse aleaciones de hierro-manganeso-silicio con buenos efectos de memoria de forma. Éstas tienen una gran resistencia, pero poca resistencia a la corrosión.
La adición de cromo puede mejorar mucho su resistencia a la corrosión. En la actualidad, las aleaciones con memoria de forma basadas en hierro se utilizan ampliamente en la fabricación de juntas de tuberías, remaches y otros conectores, así como accesorios. No sólo son fáciles de instalar y manejar, sino también seguras y fiables, lo que las convierte en prometedores materiales funcionales.
Las aleaciones con memoria de forma de acero inoxidable desarrolladas recientemente en Japón no sólo tienen excelentes características de recuperación de la forma y resistencia a la corrosión, sino que también presentan buena maquinabilidad y resistencia a la oxidación a alta temperatura.
Además de los componentes principales de cromo, manganeso, silicio y hierro, estas aleaciones contienen cierta cantidad de níquel o cobalto, cobre y nitrógeno.
Estas aleaciones de acero inoxidable con memoria de forma pueden fundirse en hornos siderúrgicos tradicionales y transformarse en productos acabados con los métodos habituales, lo que las hace extremadamente versátiles.
Las aleaciones con memoria de forma, debido a sus propiedades superiores, se utilizan ampliamente en dispositivos de control automático, robótica, industria automovilística, desarrollo energético, sanidad y bienes de consumo diario.
Las aleaciones con memoria de forma funcionan como sensores de temperatura y elementos actuadores, lo que las hace extremadamente sensibles para el control automático. Uno de los usos más comunes de estas aleaciones es en los frenos.
En la actualidad se utilizan más de cien tipos diferentes de frenos con memoria de forma en la industria del automóvil, principalmente para controlar motores, transmisiones y suspensiones con el fin de mejorar la seguridad, la fiabilidad y el confort.
Las aleaciones con memoria de forma también se utilizan en dispositivos de prevención de ruidos en sistemas de transmisión manual y en dispositivos de control de gases de combustible de motores. El efecto memoria y la superelasticidad de estas aleaciones pueden aplicarse a sensores de desplazamiento y frenos de robots industriales.
La aplicación de frenos de aleación con memoria de forma en robots ha logrado resultados alentadores. Utilizando muelles de aleación con memoria de forma y sus alambres de aleación, se pueden montar pequeños robots. Controlando la contracción de la aleación, los dedos del robot pueden abrirse, cerrarse y flexionarse.
La posición, las acciones y la velocidad del robot se controlan mediante la introducción directa de corriente de frecuencia variable pulsada en la unidad de control. elemento de aleación. La fuerza de recuperación de la forma está controlada por el tamaño de la corriente, lo que hace que los movimientos imiten los de los músculos biológicos.
Además, el desarrollo energético es otro importante campo de aplicación de las aleaciones con memoria de forma. Utilizando las propiedades de cambio de forma de las aleaciones con memoria de forma durante el calentamiento y el enfriamiento, la energía térmica de bajo grado, como el calor residual, la energía geotérmica y la energía solar, puede convertirse directamente en energía mecánica para su uso.
Basándose en este principio, se han desarrollado con éxito diversos motores térmicos que han acelerado su miniaturización y aligeramiento.
La superelasticidad, biocompatibilidad y no toxicidad de las aleaciones con memoria de forma han llevado a su exitosa aplicación en el campo médico.
En odontología, las aleaciones con memoria de forma pueden utilizarse para crear raíces dentales artificiales, alineadores dentales y coronas dentales. El diente artificial se fija en una encía de aleación de níquel y titanio, y debajo hay láminas de raíz de aleación de doble capa.
Mediante cirugía, estas láminas radiculares se sujetan entre sí a bajas temperaturas y se implantan en el hueso alveolar. Bajo la influencia de la temperatura corporal, las láminas radiculares se invierten y recuperan su forma original de ocho, anclándose firmemente en el hueso alveolar.
Estas raíces dentales artificiales son resistentes a la corrosión y biocompatibles, y se utilizan mucho en odontología.
Además, las aleaciones con memoria de forma también se utilizan como alambres alineadores de dientes, que son superiores a los de acero inoxidable. La superelasticidad del clip de aleación con memoria puede mantener su elasticidad durante mucho tiempo, eliminando la necesidad de sustituirlo debido a la relajación elástica.
Esta elasticidad a largo plazo puede acortar el periodo de tratamiento. Las aleaciones con memoria de forma también se utilizan para fabricar coronas dentales, que pueden ajustarse automáticamente a medida que se desarrollan los dientes de los niños, lo que reduce las molestias y el dolor de llevar coronas dentales.
Los productos sanitarios para enfermedades vasculares fabricados con aleaciones de níquel-titanio con memoria de forma presentan numerosas ventajas.
Por ejemplo, un cuchillo de eliminación de embolias vasculares fabricado con una aleación con memoria de forma puede procesarse a baja temperatura para darle una forma cilíndrica.
Cuando se introduce en los vasos sanguíneos del paciente y se calienta hasta alcanzar la temperatura corporal, la hoja de la cuchilla se aplana automáticamente debido al efecto de memoria de forma y, al girarla, se pueden eliminar embolias o depósitos vasculares.
Los expertos médicos también han realizado con éxito operaciones de extirpación de aneurismas cerebrales utilizando una pinza fabricada con una combinación de alambres de aleación con memoria de forma y alambres de plata.
Las aleaciones con memoria de forma también se utilizan mucho en electrodomésticos como calentadores de alimentos, aparatos de aire acondicionado y arroceras.
Sharp Corporation (Japón) utiliza componentes de aleación con memoria de forma para controlar la conversión entre el calentamiento por microondas y el calentamiento por convección en calentadores de alimentos, lo que reduce considerablemente el volumen y el peso de los calentadores y disminuye los costes en dos tercios.
Panasonic Corporation utiliza aleaciones con memoria de forma para fabricar aparatos de aire acondicionado de doble uso con dispositivos de conversión de la dirección del viento.
La dirección del viento cambia sensiblemente: cuando la temperatura del viento está entre 32-37°C, sopla hacia abajo; cuando la temperatura del viento baja a 25-32°C, cambia automáticamente para soplar horizontalmente.
Este dispositivo es estable, ligero, de bajo coste y no hace ruido cuando se pone en marcha, por lo que es muy popular entre los usuarios. Las aleaciones con memoria de forma también se utilizan mucho para fabricar termostatos para arroceras eléctricas.
Cuando la temperatura aumente, se abrirá automáticamente y desconectará el circuito. Cuando la temperatura descienda a un determinado nivel, volverá a conectar la alimentación y mantendrá automáticamente la temperatura.
En los últimos años, los productos con "memoria" fabricados con diversas aleaciones con memoria de forma han empezado a arrasar en el mercado, y cada vez son más los artículos con "memoria" que entran en la vida cotidiana. La aplicación de las aleaciones con memoria de forma sigue avanzando hacia su comercialización.
Un sujetador con "memoria" fabricado por una empresa japonesa de artículos de uso diario fue inmediatamente favorecido por las mujeres tras su salida al mercado. Este sujetador está fabricado con un fino y suave alambre de aleación de níquel-titanio con memoria de forma, que es más ligero, suave, elástico y cómodo que los sujetadores tradicionales.
Su mayor ventaja es que puede recuperar su forma original gracias a la detección de la temperatura corporal, aunque se deforme tras el lavado.
Furukawa Electric Co., Ltd. de Japón fabrica monturas de gafas de aleación con memoria de forma que pueden cambiar de forma a medida que la lente se expande y contrae, manteniendo una estrecha unión con la lente. La empresa también fabrica muñecas que pueden cambiar de peinado gracias a las propiedades únicas de las aleaciones con memoria de forma.
El pelo de la muñeca está hecho de alambre de aleación con memoria de forma a base de cobre, y el peinado puede cambiar con las variaciones de temperatura, por lo que es muy popular entre los niños.
Un fabricante de calzado japonés ha presentado los primeros zapatos de piel del mundo fabricados con aleaciones con memoria de forma, que no sólo son suaves y cómodos, sino que también evitan eficazmente que el calzado se deforme.
El desarrollo energético es un importante campo de aplicación de las aleaciones con memoria de forma. Utilizando la propiedad de las aleaciones con memoria de forma de cambiar de forma al calentarse y enfriarse, la energía térmica de bajo grado, como el calor residual, la energía geotérmica y la energía solar, puede convertirse directamente en energía mecánica para su uso.
Basándose en este principio, se han desarrollado con éxito numerosos motores térmicos, acelerando su miniaturización y portabilidad.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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