COMPORTAMIENTO TERMOMECÁNICO DE LÁMINAS DELGADAS CON MEMORIA DE FORMA DE Ni46,2Ti51,1Co2,7 (%AT.)

B. MALVASIO; L. ISOLA; M.F. GIORDANA; J. MALARRIA

Mar del Plata

Congreso; XX Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales (SAM CONAMET); 2022

Las aleaciones de base NiTi con memoria de forma son conocidas por sus excelentes propiedades funcionales y de biocompatibilidad. Estas características hacen que sean las aleaciones con memoria de forma más estudiadas en la bibliografía y con el mayor número de aplicaciones. En particular, al presentarse en forma de láminas delgadas mejora notablemente su velocidad de respuesta al ser más fácil la transferencia de calor y, debido a su alta densidad de trabajo de hasta 10 J/g, son buenas candidatas para reemplazar los actuadores convencionales [1]. La memoria de forma en estas aleaciones es producida por una transformación martensítica entre una fase austenítica B2 a una fase martensítica monoclínica B19?. La adición de Co permite el descenso controlado de las temperaturas de transformación [2] y promueve la aparición de una fase martensítica intermedia R, de estructura trigonal. La aparición de esta fase R produce que la transformación suceda siguiendo la secuencia B2→R y R→B19?, lo cual resulta útil para ciertas aplicaciones. La inclusión de este elemento en la aleación aumenta tanto el límite de fluencia [3] como la rigidez del material [4]. Además, las aleaciones de NiTiCo presentan propiedades de biocompatibilidad similares a la aleación binaria. La cristalización a distintas temperaturas de láminas delgadas amorfas de aleación base Ni-Ti ricas en Ti produce la aparición de distintas e interesantes microestructuras, ausentes en las aleaciones bulk producidas por las técnicas convencionales. Además, en esta región del diagrama de fases, las temperaturas de las transformaciones martensíticas no se ven afectadas por un cambio en la composición de níquel y titanio, como sucede en la aleaciones ricas en Ni.La transformación inducida térmicamente produce un autoacomodo de las variantes de la martensita y de esta forma no se observa un cambio de volumen macroscópico. Como la transformación martensítica es un mecanismo del tipo de corte, la aplicación de una carga externa asiste la transformación, produciendo una deformación macroscópica recuperable.Para su aplicación como actuadores, es fundamental estudiar el comportamiento termomecánico de las láminas bajo diferentes cargas externas constantes. En particular, es importante analizar el nivel de deformación recuperable para cada carga y la deformación residual luego de cada ciclo.En este trabajo, se fabricaron láminas de NiTiCo de 9,1 μm de espesor mediante la técnica de co-sputtering usando en simultáneo blancos de Ti (pureza de 99,7 %), Ni (pureza de 99,7 %) y Ti con incrustaciones de Co (pureza de 99,9 %). La composición resultante fue determinada por EDS-SEM usando patrones puros de estos elementos, y la misma resultó ser de Ni46,2Ti51,1Co2,7 (% at.). Las láminas delgadas fueron tratadas térmicamente a 500°C, 600°C y 700°C durante una hora para lograr su cristalización y obtener diferentes microestructuras. Dicha microestructura se caracterizó por difracción de rayos X y mediante imágenes de TEM. Se obtuvieron las temperaturas de las transformaciones de fase a partir de mediciones de resistividad por el método de cuatro puntas bajo atmósfera controlada de helio. Además, se estudió el comportamiento termomecánico de las muestras en un dispositivo de ciclado térmico bajo carga diseñado especialmente para láminas de espesor reducido. Estos ciclos térmicos se realizaron bajo cargas constantes desde 25 MPa y aumentando la carga aplicada hasta su ruptura. La microestructura de las láminas tratas a 500 °C es caracterizada por granos de 0,1 μm a 0,7 μm, con la presencia de zonas de Guinier-Preston, mientras que las láminas tratadas a 600 °C presentaron una distribución de granos algo mayores de entre 2 μm y 6 μm, con una distribución homogénea de precipitados coherentes de Ti2Ni en el interior de los granos. El mismo tipo de precipitados aparece en las láminas tratadas a 700 °C, las cuales presentaron una distribución de grano de entre 0,5 μm y 3 μm.En la Figura 1(a) se presentan los ciclos térmicos a carga constante de una muestra tratada a 500°C, mientras que en la Figura 1(b) se observa la deformación total, recuperable y residual luego de cada ciclo para los tres tratamientos térmicos. Los diferentes comportamientos termomecánicos pueden ser interpretados teniendo en cuenta las diferentes microestructuras presentes en las muestras luego de los tratamientos a diferentes temperaturas.Finalmente, se puede concluir que el tratamiento a 500 °C durante una hora es eficiente para obtener una lámina de NiTiCo rica en Ti, cuya deformación recuperable alcanza el 5.5 % y con una deformación residual despreciable, debido principalmente a la formación de zonas de Guinier-Preston.