2025/05/18

Uma breve discussão sobre as características dos metais com memória

Metal de memória, um material metálico especial que, após sofrer deformação plástica dentro de uma faixa de temperatura específica, pode recuperar sua forma macroscópica original em diferentes faixas de temperatura. Apareceu pela primeira vez na década de 1970.

2025/05/08

A fábrica de fios de liga de níquel-titânio apresenta a você o conhecimento sobre ligas com memória de forma

O desenvolvimento de energia é um campo importante de aplicação das ligas com memória de forma. Hoje, a fábrica de fios de liga de níquel-titânio apresenta a vocês o conhecimento sobre ligas com memória de forma, vamos aprender juntos!

2025/05/06

Principais usos dos metais com memória

Aplicações industriais de metais com memória 1. Utilização do efeito de recuperação de forma unidirecional, como em conexões de tubos, antenas, acopladores, etc. 2. Recuperação de memória bidirecional externa, ou seja, utilizando o efeito de memória de forma unidirecional, com a ajuda de força externa, pode realizar movimentos repetitivos com a variação da temperatura, como em elementos termossensíveis, robôs, terminais, etc. 3. Recuperação de memória bidirecional interna, que utiliza o efeito de memória bidirecional, realizando movimentos repetitivos com o aumento e diminuição da temperatura, como em motores térmicos, elementos de aquecimento, etc. No entanto, essas aplicações apresentam rápida degradação da memória e baixa confiabilidade, sendo pouco utilizadas.

2025/04/26

A origem da liga com memória

Em 1932, o sueco Ölander observou pela primeira vez o efeito de "memória" em uma liga de ouro e cádmio, ou seja, após a forma da liga ser alterada, ao ser aquecida a uma certa temperatura de transição, ela magicamente retorna à sua forma original. As ligas com essa função especial são chamadas de ligas com memória de forma. O desenvolvimento dessas ligas tem pouco mais de 20 anos, mas devido às suas aplicações especiais em vários campos, elas têm atraído ampla atenção e são conhecidas como "materiais funcionais mágicos". Em 1963, Buehler, do Instituto de Pesquisa de Armamentos da Marinha dos EUA, descobriu durante seu trabalho que, em uma faixa de temperatura significativamente acima da temperatura ambiente, uma mola feita de fio de liga de níquel-titânio, quando esticada em água fria ou moldada em formas como quadrado ou triângulo, ao ser colocada em água quente acima de 40 ℃, retornava à forma original da mola. Posteriormente, descobriu-se que outras ligas também possuem funções semelhantes. Essas ligas são chamadas de ligas com memória de forma. Cada liga com memória de forma, composta por certos elementos em proporções específicas, possui uma temperatura de transição; acima dessa temperatura, a liga é moldada em uma forma específica, depois resfriada abaixo da temperatura de transição, sua forma é alterada artificialmente e, ao ser reaquecida acima da temperatura de transição, a liga retorna automaticamente à forma moldada acima da temperatura de transição. Desde a dinastia Qin da antiga China, já existiam metais com memória, como a espada Qin e a espada do rei Goujian de Yue. Em 1969, o efeito de memória de forma da liga níquel-titânio foi aplicado industrialmente pela primeira vez. Foi utilizado um tipo especial de conexão para tubos metálicos, onde uma liga com temperatura de transição inferior à temperatura de uso foi moldada em um tubo curto com diâmetro interno ligeiramente menor que o diâmetro externo dos tubos a serem conectados. Após expandir o diâmetro interno abaixo da temperatura de transição e conectar os tubos, ao aquecer até a temperatura de transição, a conexão se contrai automaticamente, fixando firmemente os tubos. Nos sistemas hidráulicos de um caça a jato dos EUA, uma conexão de liga níquel-titânio foi usada sem nunca apresentar vazamentos, desprendimentos ou danos. Em 20 de julho de 1969, os astronautas americanos deixaram as primeiras pegadas humanas na Lua a bordo do módulo lunar Apollo 11 e transmitiram informações entre a Lua e a Terra por meio de uma antena hemisférica de vários metros de diâmetro. Essa enorme antena foi levada à Lua usando uma liga com memória de forma, moldada acima da temperatura de transição, depois comprimida em uma bola e armazenada no módulo lunar. Após ser colocada na Lua e exposta à luz solar, atingiu a temperatura de transição e "lembrou" sua forma original, transformando-se em uma grande hemisférica. Cientistas adicionaram outros elementos à liga níquel-titânio, desenvolvendo novas ligas com memória de forma como níquel-cobre-titânio, níquel-ferro-titânio e níquel-cromo-titânio; além disso, existem outras ligas com memória de forma, como ligas de cobre-níquel, cobre-alumínio, cobre-zinco e ligas de ferro (Fe-Mn-Si, Fe-Pd). As ligas com memória de forma têm amplas perspectivas de aplicação em bioengenharia, medicina, energia e automação.

2025/04/26

A NASA utiliza ligas com memória para criar novas asas dobráveis

De acordo com reportagens da mídia estrangeira, a NASA considera as asas dobráveis como uma tecnologia aérea chave para o futuro da exploração espacial. Para alcançar esse objetivo, a agência espacial começou a buscar uma liga de memória leve e avançada. Recentemente, surgiu uma opção adequada: uma nova liga desenvolvida pelo projeto Spanwise Adaptive Wing que permite que as asas controlem suas superfícies e mudem de forma sem a necessidade de sistemas hidráulicos pesados. As asas das aeronaves passaram por uma longa evolução, desde os primeiros modelos feitos de madeira de abeto e lona até os materiais cada vez mais complexos de hoje. Embora tenham havido avanços tecnológicos significativos, sua eficiência ainda é limitada. Se as asas pudessem ser mais "elásticas", elas poderiam assumir várias formas, o que significa que poderiam se adaptar a diferentes condições de voo. Na verdade, essa ideia surgiu há muito tempo, mas o problema era que os sistemas hidráulicos necessários para asas dobráveis eram muito pesados e consumiam muita energia, o que anulava suas vantagens. Por isso, o Centro de Pesquisa de Voo Armstrong da NASA, o Centro de Pesquisa Glenn, o Centro Langley, o departamento de Pesquisa e Tecnologia da Boeing e a Area-I Inc colaboraram para desenvolver um atuador que substitui os sistemas hidráulicos e motores atuais, reduzindo o peso em 80% e operando por meio de ligas de memória de forma. Recentemente, a NASA realizou uma série de testes de voo no Rogers Dry Lake, na Base Aérea Edwards, Califórnia. Durante os testes, eles usaram a tecnologia protótipo de aeronave de pesquisa controlada remotamente (PTERA). As asas do PTERA podem dobrar de 0 a 70 graus durante o voo. Além de usar materiais compostos de carbono, o drone também está equipado com muitos dispositivos de telemetria e sensores. Normalmente, as ligas de memória se deformam por meio do aquecimento. Nos testes, os tubos de aquecimento nas asas fizeram com que as partes mais externas das asas se curvassem para cima ou para baixo. Jim Mabe, técnico do departamento de Pesquisa e Tecnologia da Boeing, afirmou que a nova liga desenvolvida em colaboração com a NASA apresentou desempenho excepcional, permanecendo estável desde as fases iniciais de teste até os testes de voo, superando todos os materiais desenvolvidos anteriormente. De acordo com informações fornecidas pela NASA, as asas dobráveis poderão, no futuro, ser mais leves, simples, esbeltas, estáveis e econômicas. Além disso, elas facilitarão o voo supersônico.

2025/04/26

Pneus de liga com memória revolucionária em tecnologia

Em 11 de dezembro de 2017, a NASA (Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço dos EUA) lançou recentemente um tipo de pneu não inflável feito de liga com memória de forma, que é mais leve, mais resistente e mais seguro, além de poder ser usado em vários terrenos difíceis. No futuro, esse tipo de pneu, além de ser aplicado em missões de exploração em Marte, também pode servir como substituto dos pneus tradicionais para uso na Terra. A NASA afirmou que esse produto revolucionário, chamado "Pneu Superelástico" (Superelastic Tire), foi desenvolvido em conjunto pelo Centro de Pesquisa Glenn da NASA e pela Goodyear, tendo como inspiração os pneus usados no veículo lunar do programa Apollo. O uso da liga com memória de forma como material radial também aumenta a capacidade de carga do pneu. Comparado aos pneus tradicionais, o "Pneu Superelástico" reduz a possibilidade de estouro, melhorando assim a segurança na condução. Além disso, o design desse pneu reduz a necessidade de uma estrutura interna, o que simplifica a montagem e diminui o peso do pneu. Ele também pode reduzir a energia transmitida ao veículo durante o funcionamento. Além de ser instalado em veículos de exploração como o Curiosity para missões espaciais, esse pneu pode ser aplicado em diversos veículos e aeronaves na Terra, incluindo veículos militares, carros comuns, veículos pesados, veículos agrícolas e veículos todo-terreno, para atender às demandas de diferentes tipos de terreno. Atualmente, os pneus do Curiosity são feitos de alumínio sólido, que embora resistente, não previne completamente estouros ou danos à banda de rodagem. O "Pneu Superelástico" permite que veículos de exploração como o Curiosity carreguem equipamentos mais pesados em Marte ou na Lua e explorem áreas mais amplas. O "Pneu Superelástico" é fabricado com liga com memória de forma, permitindo uma condução suave em terrenos irregulares. Quando o pneu encontra objetos salientes como pedras, ele se deforma temporariamente para se adaptar e depois retorna à sua forma original, sem sofrer danos permanentes.

2025/04/26

O progresso no desenvolvimento de ligas com memória de forma é rápido, e o setor médico tornou-se o principal mercado de aplicação.

Na cadeia industrial das ligas com memória de forma, a parte superior é composta principalmente por matérias-primas metálicas como titânio, cobre e ferro; devido ao efeito de memória de forma, superelasticidade, alta capacidade de amortecimento e propriedades de resistência elétrica das ligas com memória de forma, é difícil substituí-las por outros materiais. Seus setores downstream incluem principalmente biomedicina, aeroespacial, mecânica eletrônica, construção de pontes, fabricação de automóveis, entre outros, com uma ampla gama de aplicações. Embora as ligas com memória de forma tenham uma ampla gama de usos, a demanda e os requisitos de características dos produtos variam significativamente entre os setores. As empresas de ligas com memória de forma também desenvolvem produtos específicos para atender às necessidades de mercados específicos. Do ponto de vista das patentes, desde 2009, o número de pedidos de patentes na indústria de ligas com memória de forma na China tem mostrado uma tendência de crescimento, atingindo um pico em 2016 com 676 pedidos. Embora tenha havido uma pequena queda em 2017, o crescimento geral é evidente. A indústria está em um período de rápido desenvolvimento, com empresas se esforçando para desenvolver novos produtos para atender à demanda do mercado downstream. Em termos de classificação de patentes de ligas com memória de forma, medicina/veterinária/higiene é o maior mercado de P&D, representando cerca de 22% do total de patentes. Atualmente, o mercado doméstico de ligas com memória de forma é principalmente aplicado nos campos médico, automotivo, robótica e aeroespacial. Em 2017, o tamanho do mercado da indústria de ligas com memória de forma na China foi de aproximadamente 5,68 bilhões de yuans, dos quais o uso médico atingiu 4,35 bilhões de yuans; outros setores (automotivo, robótica, aeroespacial, etc.) totalizaram 1,33 bilhão de yuans. Em uma subdivisão mais detalhada, a biomedicina é o principal mercado da indústria de ligas com memória de forma; essas ligas são amplamente utilizadas em dispositivos médicos, incluindo odontologia, cirurgia torácica, hepatobiliares, urologia, ginecologia, cardiologia, neurocirurgia e ortopedia. O aumento dos gastos com cuidados de saúde e a demanda por cirurgias refletem o crescimento do mercado de ligas com memória de forma. Nos últimos anos, com o aumento da renda dos residentes e o envelhecimento da população nacional, os gastos dos residentes com cuidados de saúde aumentaram anualmente. Entre 2013 e 2017, os gastos com cuidados de saúde dos residentes aumentaram 59%, enquanto o PIB cresceu apenas 39%, uma diferença de mais de vinte pontos percentuais; ao mesmo tempo, o número de pacientes hospitalizados submetidos a cirurgias aumentou significativamente, crescendo 55% entre 2013 e 2016, com a demanda por cirurgias aumentando continuamente, e espera-se que mantenha uma alta taxa de crescimento no futuro. O uso médico das ligas com memória de forma está principalmente relacionado a procedimentos cirúrgicos. Portanto, o número de cirurgias pode servir como uma boa variável proxy para a demanda por ligas com memória, refletindo bem a tendência de mudança na demanda do setor. O aumento contínuo dos gastos com saúde e do número de cirurgias indica que o espaço para o desenvolvimento das ligas com memória de forma na biomedicina na China está se expandindo, evidenciando o valor de investimento do setor. A liga de níquel-titânio porosa é a mais amplamente utilizada na medicina, principalmente para substituição e reparo de ossos humanos. A liga de níquel-titânio possui uma resistência comparável à dos ossos humanos, e sua característica porosa garante que, após a implantação no corpo, o material não se solte ou desloque devido à cobertura por tecido fibroso, formando uma ligação firme com o osso reparado; seu efeito de memória de forma superior a outros materiais facilita o processo de implantação, reduzindo a dificuldade da cirurgia e aliviando a dor do paciente. Muitas pesquisas foram realizadas sobre a compatibilidade da liga de níquel-titânio com o corpo humano, e novos materiais podem até promover o crescimento ósseo, reduzindo significativamente a reação de rejeição do implante pelo tecido corporal.

2025/04/25

Aplicação e promoção da liga de memória de níquel-titânio na indústria médica

A liga de níquel-titânio é uma liga com memória de forma, que é uma liga especial capaz de recuperar automaticamente sua forma original após uma deformação plástica a uma temperatura específica. Sua taxa de alongamento é superior a 20%, a vida útil à fadiga atinge 1*10^7 ciclos, suas características de amortecimento são 10 vezes maiores que as de molas comuns, e sua resistência à corrosão é superior ao melhor aço inoxidável médico disponível atualmente. Portanto, pode atender às necessidades de diversas aplicações em engenharia e medicina, sendo um material funcional excelente. Além da função única de memória de forma, as ligas com memória também possuem características superiores como resistência ao desgaste, resistência à corrosão, alto amortecimento e superelasticidade. Propriedades especiais da liga de níquel-titânio: 1. Característica de memória de forma (shape memory): A memória de forma ocorre quando a fase matriz, com uma determinada forma, é resfriada de uma temperatura acima de Af para abaixo de Mf, formando martensita. A martensita é deformada abaixo de Mf e, ao ser aquecida até abaixo de Af, ocorre uma transformação reversa, fazendo com que o material recupere automaticamente sua forma original na fase matriz. Na prática, o efeito de memória de forma é um processo de transformação de fase induzido por calor na liga de níquel-titânio. 2. Superelasticidade (superelastic): Refere-se ao fenômeno em que a amostra sofre uma deformação muito maior que o limite elástico sob força externa e recupera automaticamente a deformação ao ser descarregada. Na fase matriz, devido à tensão aplicada, ocorre a transformação martensítica induzida por tensão, resultando em comportamento mecânico diferente dos materiais comuns, com limite elástico muito maior e não obedecendo à lei de Hooke. Ao contrário da memória de forma, a superelasticidade não envolve calor. Em resumo, a superelasticidade indica que, dentro de certo intervalo de deformação, a tensão não aumenta com o aumento da deformação. Pode ser dividida em superelasticidade linear e não linear. Na linear, a curva tensão-deformação é quase linear. A superelasticidade não linear ocorre em uma faixa de temperatura acima de Af, durante carregamento e descarregamento, devido à transformação martensítica induzida por tensão e sua reversão, também chamada de pseudoelasticidade de transformação de fase. A pseudoelasticidade da liga de níquel-titânio pode atingir cerca de 8%. A superelasticidade da liga pode variar conforme o tratamento térmico; ao aquecer o arco acima de 400°C, a superelasticidade começa a diminuir. 3. Sensibilidade à variação de temperatura na cavidade oral: A força de correção dos fios de aço inoxidável e ligas CoCr para ortodontia não é afetada pela temperatura oral. Já a força dos fios de níquel-titânio superelásticos varia com a temperatura oral. Com deformação constante, o aumento da temperatura eleva a força de correção. Isso pode acelerar o movimento dentário, pois a variação de temperatura estimula o fluxo sanguíneo nas áreas de estagnação capilar causadas pelo aparelho, nutrindo adequadamente as células reparadoras durante o movimento dentário. Por outro lado, o ortodontista não pode controlar ou medir precisamente a força no ambiente oral. 4. Resistência à corrosão: Estudos indicam que a resistência à corrosão dos fios de níquel-titânio é semelhante à dos fios de aço inoxidável. 5. Antitoxicidade: A composição química especial da liga de memória de forma níquel-titânio, que contém cerca de 50% de níquel, um elemento conhecido por ser carcinogênico e promotor de câncer. Normalmente, a camada superficial de óxido de titânio atua como barreira, conferindo boa biocompatibilidade à liga Ni-Ti. As camadas superficiais TiXOy e TixNiOy inibem a liberação de níquel. 6. Força de correção suave: Atualmente, os fios metálicos ortodônticos comerciais incluem aço inoxidável austenítico, ligas Co-Cr-Ni, ligas Ni-Cr, ligas australianas, ligas de ouro e ligas de titânio. Em testes de tração e flexão em três pontos, a curva de descarga da liga de níquel-titânio apresenta a plataforma mais baixa e estável, indicando que fornece a força de correção mais duradoura e suave. 7. Boas características de amortecimento: O impacto causado pela mastigação e bruxismo nos arcos pode danificar as raízes dentárias e tecidos periodontais. Estudos mostram que a amplitude de vibração do aço inoxidável é maior que a do níquel-titânio superelástico, cujo arco apresenta amplitude inicial de vibração apenas metade da do aço inoxidável. Boas propriedades de vibração e amortecimento do arco são importantes para a saúde dentária, enquanto arcos tradicionais como o aço inoxidável tendem a agravar a reabsorção radicular. Aplicações clínicas dos fios de liga de níquel-titânio: 1. Usados para alinhamento e nivelamento precoce da arcada dentária: Devido à superelasticidade, memória de forma e curva de tensão-deformação relativamente baixa, os arcos de níquel-titânio são comumente usados como os primeiros fios no sistema de correção, reduzindo significativamente o desconforto do paciente. Existem várias técnicas de tratamento com fios retos; a técnica MBT recomenda o uso de arcos de níquel-titânio ativados termicamente de 0,016 polegadas (HANT), a técnica DEMON com braquetes autoligados recomenda arcos de níquel-titânio ativados termicamente com cobre da Omcro (temperatura de transformação cerca de 40°C), e a técnica O-PAK recomenda arcos superelásticos de níquel-titânio de 0,016 polegadas para alinhamento precoce. 2. Molas de níquel-titânio: As molas de compressão e tração de níquel-titânio são usadas na ortodontia, aproveitando a superelasticidade para abrir espaços entre dentes e puxá-los em diferentes direções. Uma mola helicoidal de níquel-titânio esticada 1 mm gera cerca de 50 g de força. Essas molas possuem alta elasticidade, fornecendo força suave, estável e contínua com pouca perda, ideal para movimentação dentária clínica, atendendo às exigências fisiológicas. Comparadas a molas de aço inoxidável de mesmo diâmetro, as molas de níquel-titânio liberam forças 3,5 a 4 vezes maiores. Assim, na ortodontia, os pacientes sentem menos dor, forças suaves e duradouras, com menos consultas, tratamento mais rápido e melhor eficácia, sendo um dispositivo mecânico excelente. 3. Arco L-H: Desenvolvido no Japão pelo Dr. Soma e outros, produzido pela Tomy. "LH" significa "Low Hysteresis" (baixa histerese), ou seja, a diferença entre a tensão gerada ao ativar o arco ao ligá-lo ao braquete e a tensão durante o movimento dentário é pequena, indicando baixa histerese. Comparado a outros fios de níquel-titânio, o arco L-H apresenta menor histerese, conferindo vantagens de baixa carga e força leve contínua. Sua curva inicial tem baixa inclinação, indicando baixa rigidez, enquanto outros fios apresentam maior rigidez. Devido ao maior teor de titânio na composição, é chamado de fio titânio-níquel, com comprovada maior capacidade de absorção de choque. Outra característica é que pode ser dobrado e conformado com aquecimento para fixação, permitindo seu uso desde alinhamento inicial, abertura e fechamento de espaços até a fase final, com apenas um arco superior e um inferior, moldados e fixados termicamente para maior dureza. Clinicamente, o arco L-H é usado para expansão, correção de mordida aberta, assimetria e mordida cruzada, com resultados satisfatórios devido à força estável e suave. Frequentemente, é combinado com ganchos J para compensar sua menor rigidez. Embora a técnica MEAW também seja eficaz para essas más oclusões, sua complexidade desanima muitos profissionais. Alguns optam por arcos de níquel-titânio tipo balanço combinados com tração vertical anterior, que produzem efeitos semelhantes, mas com menos controle individual dos dentes comparado à MEAW, pois o arco é contínuo e não pode ser dobrado. O ângulo de colagem do braquete e a curvatura do arco determinam o ângulo de cada dente, diferente da MEAW que permite ajustes individuais. O uso do arco L-H com dobramento intraoral para inclinação posterior ou anterior apresenta resultados muito bons.

2025/04/24

Aplicações da liga com memória

Ligas com memória, devido à sua capacidade de recuperação superior a um milhão de vezes, são chamadas por muitos de "ligas vivas". Isso porque a liga com memória é uma "liga viva"; aproveitando a mudança de forma em determinada temperatura, é possível projetar diversos dispositivos automáticos, e seu uso está se expandindo continuamente. Uso em máquinas A aplicação das ligas com memória é muito ampla. Por exemplo, pinos de fixação e conexões de tubos em máquinas, alarmes de incêndio e conectores em equipamentos eletrônicos, soldagem de circuitos integrados, válvulas cardíacas artificiais, hastes para correção da coluna vertebral, reparação e remodelação de ossos do crânio, ortodontia e cirurgias de reparação da mandíbula na área médica. Também desempenhará um papel mágico em satélites de comunicação, televisores coloridos, controladores de temperatura e brinquedos, tornando-se um novo tipo de material em várias frentes como navegação marítima, aviação, espaço, transporte e indústria têxtil leve. As ligas com memória já são usadas em conexões de tubulações e controle automático; tubos feitos com essas ligas podem substituir a soldagem. O método consiste em expandir a extremidade interna do tubo em cerca de 4% em baixa temperatura, encaixá-los e, ao aquecer, o tubo contrai e retorna à forma original, formando uma conexão firme. O sistema hidráulico de aviões da Marinha dos EUA usa 100 mil dessas conexões, que nunca apresentaram vazamentos ou danos ao longo dos anos. Reparar danos em navios e oleodutos submarinos com acessórios de liga com memória é muito conveniente. Em locais de difícil acesso, pinos feitos com essa liga são inseridos em furos e aquecidos, fazendo com que suas extremidades se abram e enrolem automaticamente, formando um componente de montagem unilateral. Uso médico A aplicação das ligas com memória na medicina também é notável. Por exemplo, placas ósseas para fixação de ossos quebrados não apenas mantêm as partes unidas, mas também exercem força de compressão durante a recuperação, promovendo a união óssea. Fios ortodônticos, grampos longos para ligadura de aneurismas cerebrais e canais deferentes, placas para correção da coluna vertebral, todos ativados pela temperatura corporal após a implantação. Filtros de trombos também são um novo produto feito com liga com memória. O filtro, esticado para inserção na veia, gradualmente retorna à forma de rede, bloqueando 95% dos coágulos que poderiam alcançar o coração e os pulmões. O coração artificial é um órgão estruturalmente mais complexo; fibras musculares feitas com liga com memória combinadas com membranas elásticas ventriculares podem imitar o movimento de contração do ventrículo. Atualmente, o bombeamento de água já foi bem-sucedido. Por ser uma "liga viva", aproveitando a mudança de forma em determinada temperatura, é possível projetar diversos dispositivos automáticos, e seu uso está se expandindo continuamente. Aplicação em tecnologia espacial A aplicação mais encorajadora das ligas com memória está na tecnologia espacial. Em 20 de julho de 1969, o módulo lunar Apollo 11 pousou na Lua, realizando o sonho da primeira viagem lunar humana. Após o pouso, os astronautas colocaram uma antena hemisférica de vários metros de diâmetro na Lua para enviar e receber informações da Terra. Essa antena, de vários metros, foi levada no pequeno módulo lunar ao espaço. A antena foi feita com a liga com memória recém-inventada na época. O material extremamente fino foi moldado na forma desejada em condições normais, depois resfriado e comprimido em uma bola para ser levado no módulo lunar. Na superfície lunar, sob a luz solar, a temperatura aumentou e, ao atingir a temperatura de transformação, a antena "lembrou" sua forma original, transformando-se em um grande hemisfério. Mais usos Atualmente, o efeito de memória de forma e a superelasticidade são amplamente usados em medicina e em vários campos da vida. Como na fabricação de filtros de trombos, hastes para correção da coluna, placas ósseas, articulações artificiais, sutiãs femininos, corações artificiais, entre outros. Também podem ser amplamente aplicados em diversos dispositivos automáticos de ajuste e controle. Filmes e fios com memória de forma podem se tornar materiais ideais para micro-máquinas e robôs no futuro. Especialmente por serem leves, de alta resistência e resistentes à corrosão, são muito valorizados em vários campos. Uma liga de níquel-titânio moldada previamente na forma "ICE" pode recuperar sua forma original imediatamente após ser deformada, bastando mergulhá-la em água quente. Uma liga de níquel-titânio, feita pela mistura de duas metades moldadas previamente, pode manter permanentemente essa forma após um tratamento lento a 400 graus Celsius por dez minutos (chamado de forma austenítica de alta temperatura). Isso ocorre porque, durante o aquecimento lento, cada átomo de metal tem tempo suficiente para preencher cada espaço vazio, resultando na combinação mais compacta. Essa liga sólida é comercialmente conhecida como liga com memória. Se a liga sofrer deformação por fatores externos (a configuração deformada e maleável é chamada de forma martensítica), ao ser aquecida acima da temperatura de transformação, os espaços vazios são preenchidos, e a forma original é restaurada, processo chamado de memória de forma. Fixadores internos ortopédicos de coluna feitos de metal com memória de forma.

2025/04/24

Perspectivas de Aplicação de Alta Tecnologia de Ligas com Memória

O século XX foi a era da mecatrônica. Sensores - circuitos integrados - acionamento são os sistemas de controle eletromecânicos mais típicos, porém complexos e volumosos. Materiais com memória de forma possuem funções duplas de sensor e acionamento, podendo realizar a miniaturização e inteligência dos sistemas de controle, como robôs holográficos e manipuladores ultraminiatura de nível milimétrico. O século XXI será a era da eletrônica de materiais. Os movimentos dos robôs feitos de ligas com memória de forma não são afetados por condições ambientais além da temperatura, podendo se destacar em áreas de alta tecnologia como reatores, aceleradores e laboratórios espaciais. Falando de ligas com memória, é claro que devemos mencionar a liga mais interessante — a liga com memória. A memória em metais foi uma descoberta acidental: no início dos anos 60, um grupo de pesquisa da Marinha dos EUA retirou fios de liga de níquel-titânio de um depósito para experimentos. Eles perceberam que esses fios estavam tortuosos e difíceis de usar, então os esticaram um a um. Durante os testes, um fenômeno estranho ocorreu: ao aquecer até certa temperatura, os fios esticados de níquel-titânio repentinamente retornavam à sua forma original curva. Observadores atentos repetiram os testes várias vezes e confirmaram que esses fios realmente possuíam "memória". Essa descoberta do Instituto de Pesquisa da Marinha dos EUA despertou grande interesse na comunidade científica, que realizou estudos aprofundados. Descobriu-se que ligas de cobre-zinco, cobre-alumínio-níquel, cobre-molibdênio-níquel, cobre-ouro-zinco, entre outras, também possuem essa habilidade peculiar. É possível alterar a forma dessas ligas dentro de certos limites conforme a necessidade, e ao atingir uma temperatura específica, elas automaticamente retornam à forma original. Esse processo de "alteração e recuperação" pode ser repetido várias vezes, e independentemente das mudanças, elas sempre lembram sua forma original, retornando exatamente a ela na temperatura designada. Esse fenômeno é chamado de efeito de memória de forma, e os metais que o possuem são chamados de ligas com memória de forma, ou simplesmente ligas com memória. Por que essas ligas possuem esse efeito de memória? Como elas lembram sua forma original? As teorias convencionais de ligação metálica e elétrons livres não conseguem explicar esse fenômeno. As ligas com memória de forma, sob certas condições de temperatura, retornam à forma original, fornecendo um excelente exemplo do movimento dos elétrons externos ao núcleo — que varia com a temperatura. A formação da liga ocorre na fusão mútua de metais líquidos em alta temperatura, e devido à rejeição estrutural dos elementos do metal líquido, os elementos estruturais de um metal se distribuem uniformemente com os de outro. Após a solidificação, sua microestrutura é uma disposição ordenada proporcional de diferentes tipos de elementos estruturais, e a força eletromagnética é a principal força coesiva da liga. A força eletromagnética é formada pela operação dos elétrons de valência, cuja velocidade varia com a temperatura, portanto a força eletromagnética dentro do material (intensidade, direção, ponto de ação) também varia com a temperatura. Isso causa variações nas forças internas do metal conforme a temperatura, embora essas mudanças não sejam evidentes em pequenas variações térmicas, manifestando-se apenas em grandes variações (centenas de graus Celsius). Metais comuns, quando submetidos a força, sofrem deformação plástica; por exemplo, um fio de ferro dobrado sofre interferência na força eletromagnética na área dobrada, causando um ajuste mínimo no plano de operação dos elétrons de valência, completando a deformação plástica. Nas ligas com memória, diferentes elementos estruturais se misturam uniformemente; apesar das diferenças no tamanho dos elementos e na intensidade da força eletromagnética, cada um acelera sua operação de elétrons de valência e, sob certas condições de temperatura, coexistem harmoniosamente. Quando submetidas a força externa, a força eletromagnética é perturbada, o plano de operação dos elétrons de valência ajusta-se minimamente, causando deformação plástica. Nessa deformação, parte dos elétrons ajustados não está em estado expandido. Quando a temperatura muda, a velocidade dos elétrons varia; ao retornar à temperatura de transformação, os elétrons não expandidos retornam imediatamente à velocidade original, alterando a força eletromagnética e ajustando os elementos estruturais vizinhos para o estado expandido original, fazendo com que todo o material retorne à forma original. Esse é o processo de memória das ligas. Na verdade, a memória dos metais já havia sido descoberta: ao dobrar um fio de ferro reto em ângulo reto (90°) e soltá-lo, ele retorna parcialmente, formando um ângulo maior que 90°. Para endireitar um fio dobrado, é necessário dobrá-lo além de 180° antes de soltá-lo, para que ele retorne exatamente à linha reta — isso é o que o provérbio chinês chama de "corrigir demais". Outra liga com memória ainda melhor é a mola (aqui referindo-se a molas de aço, que é uma liga ferro-carbono). A mola lembra firmemente sua forma e retorna imediatamente ao estado original quando a força é removida, embora a temperatura de memória da mola seja ampla, diferente das ligas com memória que possuem uma temperatura de transformação específica, conferindo-lhes funções especiais. Aproveitando a deformação das ligas com memória em temperaturas específicas, podem ser fabricados diversos dispositivos de controle térmico, circuitos de controle de temperatura, válvulas e conexões de tubulação controladas por temperatura. Já foram produzidos chuveiros automáticos para combate a incêndios — quando a temperatura sobe devido ao fogo, a liga com memória se deforma, abrindo a válvula para liberar água. Também foram fabricadas conexões mecânicas e de tubulações; por exemplo, a interface de reabastecimento aéreo de aviões utiliza liga com memória — após conectar as mangueiras, o aquecimento elétrico altera a temperatura, deformando a liga e garantindo uma conexão estanque sem vazamentos. Também foi criada uma antena autoexpansível para estações espaciais com centenas de metros quadrados — inicialmente fabricada em forma parabólica ou plana na Terra, dobrada para transporte, e no espaço, a mudança de temperatura faz a antena se expandir para sua forma e área originais. Atualmente, existem dezenas de tipos de ligas com memória, com aplicações em aviação, militar, indústria, agricultura, medicina, entre outros, e seu desenvolvimento é promissor, trazendo grandes benefícios para a humanidade. Até agora, foram descobertos e estudados mais de uma dúzia de sistemas de ligas com memória, incluindo Au-Cd, Ag-Cd, Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Si, Cu-Sn, Cu-Zn-Ga, In-Ti, Au-Cu-Zn, NiAl, Fe-Pt, Ti-Ni, Ti-Ni-Pd, Ti-Nb, U-Nb e Fe-Mn-Si.