Aleación con memoria de forma

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En metalurgia , una aleación con memoria de forma ( SMA ) es una aleación que se puede deformar cuando se enfría pero que vuelve a su forma predeformada ("recordada") cuando se calienta. También se la conoce con otros nombres como metal con memoria , aleación con memoria , metal inteligente , aleación inteligente y alambre muscular . ^{[ cita requerida ]} La "geometría memorizada" se puede modificar fijando la geometría deseada y sometiéndola a un tratamiento térmico, por ejemplo, se puede enseñar a un alambre a memorizar la forma de un resorte helicoidal.

Las piezas fabricadas con aleaciones con memoria de forma pueden ser alternativas ligeras y de estado sólido a los actuadores convencionales, como los sistemas hidráulicos , neumáticos y basados ​​en motores. También se pueden utilizar para realizar uniones herméticas en tuberías de metal y pueden reemplazar un circuito cerrado de sensor-actuador para controlar la temperatura del agua al regular la relación de flujo de agua caliente y fría.

Las dos aleaciones con memoria de forma más frecuentes son cobre - aluminio - níquel y níquel - titanio ( NiTi ), pero las SMA también se pueden crear mediante la aleación de zinc , cobre , oro y hierro . Aunque las SMA a base de hierro y cobre, como Fe -Mn-Si, Cu-Zn-Al y Cu-Al-Ni, están disponibles comercialmente y son más baratas que las NiTi, las SMA a base de NiTi son preferibles para la mayoría de las aplicaciones debido a su estabilidad y practicabilidad ^{[1] [2] [3]} así como a su rendimiento termomecánico superior. ^[4] Las SMA pueden existir en dos fases diferentes, con tres estructuras cristalinas diferentes (es decir, martensita maclada, martensita desmacrada y austenita) y seis transformaciones posibles. ^{[5] [6]} El comportamiento termomecánico de las SMA está gobernado por una transformación de fase entre la austenita y la martensita.

Las aleaciones de NiTi cambian de austenita a martensita al enfriarse a partir de una temperatura inferior a M _s ; M _f es la temperatura a la que se completa la transición a martensita al enfriarse. En consecuencia, durante el calentamiento A _s y A _f son las temperaturas a las que comienza y termina la transformación de martensita a austenita.

La aplicación de una carga mecánica a la martensita provoca una reorientación de los cristales, denominada “desmacramiento”, que da lugar a una deformación que no se recupera (recuerda) después de liberar la carga mecánica. El desmacramiento comienza a una determinada tensión σ _s y termina a σ _f por encima de la cual la martensita continúa mostrando solo un comportamiento elástico (siempre que la carga esté por debajo del límite elástico). La deformación memorizada del desmacramiento se recupera después del calentamiento hasta la austenita.

La transformación de fase de austenita a martensita también puede ocurrir a temperatura constante al aplicar una carga mecánica por encima de un nivel determinado. La transformación se invierte cuando se libera la carga.

La transición de la fase martensita a la fase austenita depende únicamente de la temperatura y la tensión, no del tiempo, como ocurre con la mayoría de los cambios de fase, ya que no hay difusión involucrada. De manera similar, la estructura austenítica recibe su nombre de aleaciones de acero de estructura similar. Es la transición reversible sin difusión entre estas dos fases la que da como resultado propiedades especiales. Si bien la martensita se puede formar a partir de la austenita mediante el enfriamiento rápido del acero al carbono , este proceso no es reversible, por lo que el acero no tiene propiedades de memoria de forma.

En esta figura, el eje vertical representa la fracción de martensita. La diferencia entre la transición de calentamiento y la transición de enfriamiento da lugar a una histéresis en la que se pierde parte de la energía mecánica en el proceso. La forma de la curva depende de las propiedades del material de la aleación con memoria de forma, como la composición de la aleación ^[7] y el endurecimiento por deformación . ^[8]

El efecto de memoria de forma (SME) ^[9] se produce porque una transformación de fase inducida por la temperatura revierte la deformación, como se muestra en la curva de histéresis anterior. Normalmente, la fase martensítica es monoclínica u ortorrómbica (B19' o B19). Dado que estas estructuras cristalinas no tienen suficientes sistemas de deslizamiento para facilitar el movimiento de dislocación, se deforman por maclado , o más bien, por desmaclado. ^[10]

La martensita se ve favorecida termodinámicamente a temperaturas más bajas, mientras que la austenita (B2 cúbica) se ve favorecida termodinámicamente a temperaturas más altas. Dado que estas estructuras tienen diferentes tamaños de red y simetría, el enfriamiento de la austenita para convertirla en martensita introduce energía de deformación interna en la fase martensítica. Para reducir esta energía, la fase martensítica forma muchas maclas; esto se denomina "maclas autoacomodativas" y es la versión de maclas de las dislocaciones geométricamente necesarias . Dado que la aleación con memoria de forma se fabricará a partir de una temperatura más alta y, por lo general, se diseña de modo que la fase martensítica sea dominante a la temperatura de funcionamiento para aprovechar el efecto de memoria de forma, las SMA "comienzan" muy macladas. ^[11]

Cuando se aplica una carga a la martensita, estas maclas autoacomodativas proporcionan un camino fácil para la deformación. Las tensiones aplicadas desdoblarán la martensita, pero todos los átomos permanecerán en la misma posición en relación con los átomos cercanos; no se romperán ni se reformarán enlaces atómicos (como ocurriría con el movimiento de dislocación). Por lo tanto, cuando aumenta la temperatura y la austenita se vuelve termodinámicamente favorable, todos los átomos se reorganizan en la estructura B2, que resulta ser la misma forma macroscópica que la forma B19' anterior a la deformación. ^[12] Esta transformación de fase ocurre extremadamente rápido y le da a las SMA su "chasquido" distintivo.

El uso repetido del efecto de memoria de forma puede provocar un cambio en las temperaturas de transformación características (este efecto se conoce como fatiga funcional, ya que está estrechamente relacionado con un cambio en las propiedades microestructurales y funcionales del material). ^[13] La temperatura máxima a la que las SMA ya no pueden ser sometidas a estrés se denomina M _d , donde las SMA se deforman permanentemente. ^[14]

Las aleaciones con memoria de forma tienen diferentes efectos de memoria de forma. Los dos efectos más comunes son la SMA unidireccional y la SMA bidireccional. A continuación se muestra un esquema de los efectos. Los procedimientos son muy similares: se parte de martensita, se añade una deformación, se calienta la muestra y se vuelve a enfriar.

Cuando una aleación con memoria de forma se encuentra en estado frío (por debajo de M _f ), el metal se puede doblar o estirar y mantendrá esas formas hasta que se caliente por encima de la temperatura de transición. Al calentarse, la forma cambia a su forma original. Cuando el metal se enfría nuevamente, mantendrá la forma hasta que se deforme nuevamente.

Con el efecto unidireccional, el enfriamiento a altas temperaturas no provoca un cambio de forma macroscópico. Es necesaria una deformación para crear la forma a baja temperatura. Al calentar, la transformación comienza en A _s y se completa en A _f (normalmente entre 2 y 20 °C o más, según la aleación o las condiciones de carga). A _s está determinada por el tipo y la composición de la aleación y puede variar entre-150 °C y200 °C .

El efecto de memoria de forma bidireccional es el efecto de que el material recuerda dos formas diferentes: una a bajas temperaturas y otra a altas temperaturas. Se dice que un material que muestra un efecto de memoria de forma durante el calentamiento y el enfriamiento tiene memoria de forma bidireccional. Esto también se puede obtener sin la aplicación de una fuerza externa (efecto bidireccional intrínseco). La razón por la que el material se comporta de manera tan diferente en estas situaciones radica en el entrenamiento. El entrenamiento implica que una memoria de forma puede "aprender" a comportarse de una determinada manera. En circunstancias normales, una aleación con memoria de forma "recuerda" su forma a baja temperatura, pero al calentarse para recuperar la forma a alta temperatura, inmediatamente "olvida" la forma a baja temperatura. Sin embargo, se puede "entrenar" para que "recuerde" dejar algunos recordatorios de la condición deformada a baja temperatura en las fases de alta temperatura. Una forma de entrenar la SMA consiste en aplicar una carga térmica cíclica bajo un campo de tensión constante. Durante este proceso, se introducen defectos internos en la microestructura que generan tensiones internas permanentes que facilitan la orientación de los cristales martensíticos. ^[15] Por lo tanto, al enfriar un SMA entrenado en fase austenítica sin aplicar tensión, la martensita se forma desmacrada debido a las tensiones internas, lo que conduce al cambio de forma del material. Y al calentar nuevamente el SMA en austenita, recupera su forma inicial.

Hay varias maneras de hacer esto. ^[16] Un objeto moldeado y entrenado calentado más allá de cierto punto perderá el efecto de memoria bidireccional.

Las SMA presentan un fenómeno que a veces se denomina superelasticidad, pero que se describe con más precisión como pseudoelasticidad . La “superelasticidad” implica que los enlaces atómicos entre átomos se estiran hasta una longitud extrema sin incurrir en deformación plástica. La pseudoelasticidad aún logra grandes deformaciones recuperables con poca o ninguna deformación permanente, pero depende de mecanismos más complejos.

Las SMA presentan al menos tres tipos de pseudoelasticidad. Los dos tipos de pseudoelasticidad menos estudiados son la formación de pseudomaclas y el comportamiento similar al caucho debido al orden de corto alcance. ^[17]

El principal efecto pseudoelástico proviene de una transformación de fase inducida por la tensión. La figura de la derecha muestra cómo se produce este proceso.

Aquí se aplica una carga isotérmicamente a un SMA por encima de la temperatura de acabado de la austenita, A _f , pero por debajo de la temperatura de deformación de la martensita, M _d . La figura anterior ilustra cómo esto es posible, relacionando la transformación de fase inducida por tensión pseudoelástica con la transformación de fase inducida por temperatura por efecto de memoria de forma. Para un punto particular en A _f, es posible elegir un punto en la  línea M _{s con una temperatura} más alta , siempre que ese punto M _d también tenga una tensión más alta . El material exhibe inicialmente un comportamiento elastoplástico típico para metales. Sin embargo, una vez que el material alcanza la tensión martensítica, la austenita se transformará en martensita y se desmaclará. Como se discutió previamente, este desmaclado es reversible cuando se transforma nuevamente de martensita a austenita. Si se aplican grandes tensiones, el comportamiento plástico como el desmaclado y el deslizamiento de la martensita se iniciará en sitios como los límites de grano o las inclusiones. ^{[19] [20]} Si el material se descarga antes de que se produzca la deformación plástica, volverá a ser austenita una vez que se alcance una tensión crítica para la austenita (σ _como ). El material recuperará casi toda la deformación que se indujo a partir del cambio estructural, y para algunas SMA esto puede ser deformaciones superiores al 10 por ciento. ^{[21] [22]} Este bucle de histéresis muestra el trabajo realizado para cada ciclo del material entre estados de deformaciones pequeñas y grandes, lo que es importante para muchas aplicaciones.

En un gráfico de deformación en función de la temperatura, las líneas de inicio y fin de la austenita y la martensita discurren paralelas. La SME y la pseudoelasticidad son, en realidad, partes diferentes del mismo fenómeno, como se muestra a la izquierda.

La clave de las grandes deformaciones por deformación es la diferencia en la estructura cristalina entre las dos fases. La austenita generalmente tiene una estructura cúbica, mientras que la martensita puede ser monoclínica u otra estructura diferente de la fase original, típicamente con una simetría menor. Para un material martensítico monoclínico como el Nitinol, la fase monoclínica tiene una simetría menor, lo cual es importante ya que ciertas orientaciones cristalográficas se adaptarán a deformaciones mayores en comparación con otras orientaciones cuando se encuentren bajo una tensión aplicada. Por lo tanto, se deduce que el material tenderá a formar orientaciones que maximicen la deformación general antes de cualquier aumento en la tensión aplicada. ^[23] Un mecanismo que ayuda en este proceso es el maclado de la fase martensita. En cristalografía, un límite maclado es un defecto bidimensional en el que el apilamiento de planos atómicos de la red se refleja a través del plano del límite. Dependiendo de la tensión y la temperatura, estos procesos de deformación competirán con la deformación permanente, como el deslizamiento.

σ _ms depende de parámetros como la temperatura y el número de sitios de nucleación para la nucleación de fase. Las interfaces e inclusiones proporcionarán sitios generales para que comience la transformación, y si estos son grandes en número, aumentarán la fuerza impulsora para la nucleación. ^[24] Se necesitará un σ _{ms menor que para la nucleación homogénea. Del mismo modo, el aumento de la temperatura reducirá la fuerza impulsora para la transformación de fase, por lo que será necesario un σ ms} mayor . Se puede ver que a medida que aumenta la temperatura operativa del SMA, σ _ms será mayor que la resistencia a la fluencia, σ _y , y la superelasticidad ya no será observable.

Los primeros pasos informados hacia el descubrimiento del efecto de memoria de forma se dieron en la década de 1930. Según Otsuka y Wayman, Arne Ölander descubrió el comportamiento pseudoelástico de la aleación Au-Cd en 1932. Greninger y Mooradian (1938) observaron la formación y desaparición de una fase martensítica al disminuir y aumentar la temperatura de una aleación Cu-Zn. El fenómeno básico del efecto de memoria regido por el comportamiento termoelástico de la fase martensítica fue ampliamente informado una década después por Kurdjumov y Khandros (1949) y también por Chang y Read (1951). ^[13]

Las aleaciones de níquel-titanio fueron desarrolladas por primera vez en 1962-1963 por el Laboratorio de Artillería Naval de los Estados Unidos y comercializadas bajo el nombre comercial Nitinol (acrónimo de Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories). Sus extraordinarias propiedades fueron descubiertas por accidente. Una muestra que se había deformado muchas veces fue presentada en una reunión de gestión del laboratorio. Uno de los directores técnicos asociados, el Dr. David S. Muzzey, decidió ver qué pasaría si la muestra se sometía a calor y colocó su encendedor debajo de ella. Para sorpresa de todos, la muestra se estiró de nuevo a su forma original. ^{[25] [26]}

Existe otro tipo de SMA, llamada aleación ferromagnética con memoria de forma (FSMA), que cambia de forma bajo campos magnéticos intensos. Estos materiales son de particular interés ya que la respuesta magnética tiende a ser más rápida y eficiente que las respuestas inducidas por la temperatura.

Las aleaciones metálicas no son los únicos materiales con capacidad de respuesta térmica; también se han desarrollado polímeros con memoria de forma , que estuvieron disponibles comercialmente a fines de la década de 1990.

Muchos metales tienen varias estructuras cristalinas diferentes con la misma composición, pero la mayoría de los metales no muestran este efecto de memoria de forma. La propiedad especial que permite que las aleaciones con memoria de forma vuelvan a su forma original después del calentamiento es que su transformación cristalina es completamente reversible. En la mayoría de las transformaciones cristalinas, los átomos de la estructura viajarán a través del metal por difusión, cambiando la composición localmente, aunque el metal en su conjunto esté hecho de los mismos átomos. Una transformación reversible no implica esta difusión de átomos, sino que todos los átomos se desplazan al mismo tiempo para formar una nueva estructura, de forma muy similar a cómo se puede hacer un paralelogramo a partir de un cuadrado empujando dos lados opuestos. A diferentes temperaturas, se prefieren diferentes estructuras y cuando la estructura se enfría a través de la temperatura de transición, la estructura martensítica se forma a partir de la fase austenítica.

Las aleaciones con memoria de forma se fabrican normalmente mediante fundición, mediante fusión por arco al vacío o por inducción. Se trata de técnicas especializadas que se utilizan para mantener al mínimo las impurezas de la aleación y garantizar que los metales estén bien mezclados. A continuación, el lingote se lamina en caliente en secciones más largas y, a continuación, se estira para convertirlo en alambre.

La forma en que se "entrenan" las aleaciones depende de las propiedades deseadas. El "entrenamiento" dicta la forma que recordará la aleación cuando se calienta. Esto ocurre calentando la aleación de modo que las dislocaciones se reordenen en posiciones estables, pero no tan calientes como para que el material se recristalice . Se calientan a entre400 °C y500 °C durante 30 minutos, se moldean en caliente y luego se enfrían rápidamente enfriándolos en agua o enfriándolos con aire.

Las aleaciones con memoria de forma a base de cobre y NiTi se consideran materiales de ingeniería. Estas composiciones se pueden fabricar en casi cualquier forma y tamaño.

El límite elástico de las aleaciones con memoria de forma es menor que el del acero convencional, pero algunas composiciones tienen un límite elástico mayor que el plástico o el aluminio. El límite elástico para el NiTi puede alcanzar500  MPa . El alto costo del metal en sí y los requisitos de procesamiento hacen que sea difícil y costoso implementar SMA en un diseño. Como resultado, estos materiales se utilizan en aplicaciones donde se pueden aprovechar las propiedades superelásticas o el efecto de memoria de forma. La aplicación más común es en la actuación.

Una de las ventajas de utilizar aleaciones con memoria de forma es el alto nivel de deformación plástica recuperable que se puede inducir. La deformación plástica recuperable máxima que estos materiales pueden soportar sin sufrir daños permanentes es de hasta8% para algunas aleaciones. Esto se compara con una deformación máxima0,5% para aceros convencionales.

Los actuadores con memoria de forma tienen muchas ventajas sobre los actuadores tradicionales, pero sufren una serie de limitaciones que pueden impedir su aplicación práctica. En numerosos estudios, se destacó que solo unas pocas de las aplicaciones patentadas de aleaciones con memoria de forma tienen éxito comercial debido a las limitaciones de los materiales combinadas con una falta de conocimiento sobre los materiales y el diseño y las herramientas asociadas, como el uso de enfoques y técnicas de diseño inadecuados. ^[27] Los desafíos en el diseño de aplicaciones de SMA son superar sus limitaciones, que incluyen una tensión utilizable relativamente pequeña, baja frecuencia de actuación, baja capacidad de control, baja precisión y baja eficiencia energética. ^[28]

Los actuadores SMA se activan normalmente de forma eléctrica, donde una corriente eléctrica produce un calentamiento Joule . La desactivación se produce normalmente por transferencia de calor por convección libre al entorno ambiental. En consecuencia, la activación del SMA suele ser asimétrica, con un tiempo de activación relativamente rápido y un tiempo de desactivación lento. Se han propuesto varios métodos para reducir el tiempo de desactivación del SMA, incluida la convección forzada ^[29] y el revestimiento del SMA con un material conductor para manipular la tasa de transferencia de calor.

Los nuevos métodos para mejorar la viabilidad de los actuadores SMA incluyen el uso de un " retardador " conductor . Este método utiliza una pasta térmica para transferir rápidamente el calor desde el SMA por conducción. Este calor se transfiere luego más fácilmente al entorno por convección ya que los radios externos (y el área de transferencia de calor) son significativamente mayores que para el cable desnudo. Este método da como resultado una reducción significativa en el tiempo de desactivación y un perfil de activación simétrico. Como consecuencia del aumento de la tasa de transferencia de calor , aumenta la corriente requerida para lograr una fuerza de actuación dada. ^[30]

El SMA está sujeto a fatiga estructural, un modo de falla por el cual la carga cíclica da como resultado la iniciación y propagación de una grieta que eventualmente resulta en una pérdida catastrófica de función por fractura. La física detrás de este modo de fatiga es la acumulación de daño microestructural durante la carga cíclica. Este modo de falla se observa en la mayoría de los materiales de ingeniería, no solo en los SMA.

Los SMA también están sujetos a fatiga funcional, un modo de falla que no es típico de la mayoría de los materiales de ingeniería, por el cual el SMA no falla estructuralmente pero pierde sus características de memoria de forma/superelásticas con el tiempo. Como resultado de la carga cíclica (tanto mecánica como térmica), el material pierde su capacidad de sufrir una transformación de fase reversible. Por ejemplo, el desplazamiento de trabajo en un actuador disminuye con el aumento del número de ciclos. La física detrás de esto es un cambio gradual en la microestructura, más específicamente, la acumulación de dislocaciones de deslizamiento de acomodación . Esto a menudo va acompañado de un cambio significativo en las temperaturas de transformación. ^[32] El diseño de actuadores SMA también puede influir en la fatiga estructural y funcional del SMA, como las configuraciones de poleas en el sistema SMA-Polea. ^[33]

Los actuadores SMA suelen activarse eléctricamente mediante calentamiento Joule . Si el SMA se utiliza en un entorno en el que la temperatura ambiente no está controlada, puede producirse una activación involuntaria por calentamiento ambiental.

Boeing , General Electric Aircraft Engines , Goodrich Corporation , NASA , Texas A&M University y All Nippon Airways desarrollaron el Chevron de geometría variable utilizando un SMA de NiTi. Este diseño de tobera de ventilador de área variable (VAFN) permitiría motores a reacción más silenciosos y eficientes en el futuro. En 2005 y 2006, Boeing realizó con éxito pruebas de vuelo de esta tecnología. ^[34]

Los SMA se están explorando como amortiguadores de vibraciones para vehículos de lanzamiento y motores de aviones comerciales. La gran cantidad de histéresis observada durante el efecto superelástico permite que los SMA disipen energía y amortigüen las vibraciones. Estos materiales son prometedores para reducir las altas cargas de vibración en las cargas útiles durante el lanzamiento, así como en las aspas de los ventiladores en los motores de aviones comerciales, lo que permite diseños más livianos y eficientes. ^[35] Los SMA también muestran potencial para otras aplicaciones de alto impacto, como cojinetes de bolas y trenes de aterrizaje. ^[36]

También existe un gran interés en utilizar SMA para diversas aplicaciones de actuadores en motores a reacción comerciales, lo que reduciría significativamente su peso y aumentaría la eficiencia. ^[37] Sin embargo, es necesario realizar más investigaciones en esta área para aumentar las temperaturas de transformación y mejorar las propiedades mecánicas de estos materiales antes de que puedan implementarse con éxito. Ma et al. presentan una revisión de los avances recientes en aleaciones con memoria de forma de alta temperatura (HTSMA) ^{[21] .}

También se están explorando diversas tecnologías de modificación de alas. ^[35]

El primer producto de gran volumen (> 5 millones de actuadores/año) es una válvula automotriz que se utiliza para controlar las cámaras neumáticas de baja presión en un asiento de automóvil que ajustan el contorno del soporte lumbar/los cojines. Los beneficios generales de SMA sobre los solenoides utilizados tradicionalmente en esta aplicación (menor ruido/EMC/peso/factor de forma/consumo de energía) fueron el factor crucial en la decisión de reemplazar la antigua tecnología estándar con SMA.

El Chevrolet Corvette 2014 se convirtió en el primer vehículo en incorporar actuadores SMA, que reemplazaron a los actuadores motorizados más pesados ​​para abrir y cerrar la ventilación de la escotilla que libera aire del maletero, lo que facilita su cierre. También se están considerando otras aplicaciones, incluidos generadores eléctricos para generar electricidad a partir del calor del escape y deflectores de aire a pedido para optimizar la aerodinámica a varias velocidades.

También se han realizado estudios limitados sobre el uso de estos materiales en robótica , por ejemplo, el robot aficionado Stiquito (y "Roboterfrau Lara" ^[38] ), ya que permiten crear robots muy ligeros. Recientemente, Loh et al. presentaron una mano protésica que casi puede replicar los movimientos de una mano humana [Loh2005]. También se están explorando otras aplicaciones biomiméticas. Los puntos débiles de la tecnología son la ineficiencia energética, los tiempos de respuesta lentos y la gran histéresis .

Las SMA también se utilizan para accionar válvulas . ^[39] Las válvulas SMA tienen un diseño particularmente compacto.

Hay algunos prototipos de mano robótica basados ​​en SMA que utilizan el efecto de memoria de forma (SME) para mover los dedos. ^[40]

Los SMA se utilizan en diversas estructuras civiles, como puentes y edificios. En forma de barras de refuerzo o placas, se pueden utilizar para reforzar estructuras de hormigón y acero frente a flexión, cizallamiento y sismo. Otra aplicación es el hormigón armado inteligente (IRC), que incorpora cables SMA incrustados en el hormigón. Estos cables pueden detectar grietas y contraerse para curar grietas de tamaño microscópico. También es posible el ajuste activo de la frecuencia natural estructural utilizando cables SMA para amortiguar las vibraciones, así como el uso de fibras SMA en el hormigón. ^[41]

La primera aplicación comercial de consumo fue un acoplamiento con memoria de forma para tuberías, por ejemplo, oleoductos para aplicaciones industriales, tuberías de agua y tipos similares de tuberías para aplicaciones de consumo/comerciales.

Varias empresas de teléfonos inteligentes han lanzado teléfonos con módulos de estabilización óptica de imagen (OIS) que incorporan actuadores SMA, fabricados bajo licencia de Cambridge Mechatronics.

Las aleaciones con memoria de forma se aplican en medicina, por ejemplo, como dispositivos de fijación para osteotomías en cirugía ortopédica , como actuador en herramientas quirúrgicas; agujas quirúrgicas activas orientables para intervenciones mínimamente invasivas contra el cáncer percutáneo en procedimientos quirúrgicos como biopsia y braquiterapia , ^[42] en aparatos dentales para ejercer fuerzas constantes de movimiento dentario sobre los dientes, en la endoscopia con cápsula se pueden utilizar como desencadenante de la acción de la biopsia.

A finales de la década de 1980 se produjo la introducción comercial del nitinol como una tecnología que permite su uso en diversas aplicaciones médicas endovasculares mínimamente invasivas. Si bien es más costoso que el acero inoxidable, las propiedades autoexpandibles de las aleaciones de nitinol fabricadas según la BTR (respuesta a la temperatura corporal) han proporcionado una alternativa atractiva a los dispositivos expandibles con balón en los injertos de stent , donde brinda la capacidad de adaptarse a la forma de ciertos vasos sanguíneos cuando se expone a la temperatura corporal. En promedio,El 50% de todos los stents vasculares periféricos actualmente disponibles en el mercado mundial están fabricados con Nitinol.

Las monturas de gafas fabricadas con SMA que contienen titanio se comercializan bajo las marcas comerciales Flexon y TITANflex. Estas monturas suelen estar hechas de aleaciones con memoria de forma cuya temperatura de transición se establece por debajo de la temperatura ambiente prevista. Esto permite que las monturas sufran grandes deformaciones bajo tensión, pero que recuperen su forma prevista una vez que se descarga el metal de nuevo. Las grandes deformaciones aparentemente elásticas se deben al efecto martensítico inducido por la tensión, en el que la estructura cristalina puede transformarse bajo carga, lo que permite que la forma cambie temporalmente bajo carga. Esto significa que las gafas fabricadas con aleaciones con memoria de forma son más resistentes a los daños accidentales.

El metal con memoria se ha utilizado en cirugía ortopédica como un dispositivo de fijación-compresión para osteotomías , típicamente para procedimientos de extremidades inferiores. El dispositivo, generalmente en forma de una grapa grande, se almacena en un refrigerador en su forma maleable y se implanta en orificios previamente perforados en el hueso a lo largo de una osteotomía. A medida que la grapa se calienta, vuelve a su estado no maleable y comprime las superficies óseas para promover la unión ósea. ^[43]

La gama de aplicaciones de los SMA ha crecido a lo largo de los años, y un área importante de desarrollo es la odontología. Un ejemplo es la prevalencia de los aparatos dentales que utilizan la tecnología SMA para ejercer fuerzas de movimiento constante sobre los dientes; el arco de nitinol fue desarrollado en 1972 por el ortodoncista George Andreasen . ^[44] Esto revolucionó la ortodoncia clínica. La aleación de Andreasen tiene una memoria de forma estampada, que se expande y contrae dentro de rangos de temperatura determinados debido a su programación geométrica.

Posteriormente, Harmeet D. Walia utilizó la aleación en la fabricación de limas para conductos radiculares para endodoncia .

Las técnicas tradicionales de cancelación activa para la reducción de temblores utilizan sistemas eléctricos, hidráulicos o neumáticos para accionar un objeto en la dirección opuesta a la perturbación. Sin embargo, estos sistemas son limitados debido a la gran infraestructura necesaria para producir grandes amplitudes de potencia a frecuencias de temblor humano. Los SMA han demostrado ser un método eficaz de actuación en aplicaciones portátiles y han permitido una nueva clase de dispositivos de cancelación activa de temblores. ^[45] Un ejemplo reciente de dicho dispositivo es la cuchara Liftware , desarrollada por Lift Labs , subsidiaria de Verily Life Sciences .

Desde la década de 1970 se han desarrollado motores térmicos experimentales de estado sólido, que funcionan a partir de diferencias de temperatura relativamente pequeñas en depósitos de agua fría y caliente, incluido el motor Banks, desarrollado por Ridgway Banks .

Se vende en pequeñas longitudes redondas para usar en pulseras sin fijación.

Científicos alemanes de la Universidad del Sarre han creado un prototipo de máquina que transfiere calor mediante un alambre de aleación de níquel-titanio ("nitinol") enrollado alrededor de un cilindro giratorio. A medida que el cilindro gira, el calor se absorbe en un lado y se libera en el otro, a medida que el alambre cambia de su estado "superelástico" a su estado sin carga. Según un artículo de 2019 publicado por la Universidad del Sarre, la eficiencia con la que se transfiere el calor parece ser mayor que la de una bomba de calor o un aire acondicionado típicos. ^[46]

Casi todos los acondicionadores de aire y bombas de calor que se utilizan hoy en día emplean refrigerantes comprimidos por vapor . Con el tiempo, algunos de los refrigerantes utilizados en estos sistemas se filtran a la atmósfera y contribuyen al calentamiento global . Si la nueva tecnología, que no utiliza refrigerantes, resulta económica y práctica, podría suponer un avance significativo en el esfuerzo por reducir el cambio climático. ^{[ cita requerida ]}

Las aleaciones con memoria de forma (SMA), como el níquel-titanio (Nitinol) , se utilizan en sistemas de sujeción debido a su comportamiento termorresponsivo único. ^[47] Las abrazaderas hechas de SMA se utilizan en la cirugía dentofacial para curar fracturas mandibulares . ^[48]

Una variedad de aleaciones exhiben el efecto de memoria de forma. Los componentes de aleación se pueden ajustar para controlar las temperaturas de transformación del SMA. Algunos sistemas comunes incluyen los siguientes (de ninguna manera una lista exhaustiva):

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