Alliage à mémoire de forme

En métallurgie , un alliage à mémoire de forme ( AMF ) est un alliage qui peut être déformé à froid mais qui revient à sa forme pré-déformée (« mémorisée ») lorsqu'il est chauffé. Il est également connu sous d'autres noms tels que métal à mémoire , alliage à mémoire , métal intelligent , alliage intelligent et fil musculaire . La « géométrie mémorisée » peut être modifiée en fixant la géométrie souhaitée et en la soumettant à un traitement thermique, par exemple un fil peut apprendre à mémoriser la forme d'un ressort hélicoïdal.

Les pièces en alliages à mémoire de forme peuvent être des alternatives légères et solides aux actionneurs conventionnels tels que les systèmes hydrauliques , pneumatiques et à moteur. Elles peuvent également être utilisées pour réaliser des joints hermétiques dans des tubes métalliques et peuvent également remplacer une boucle fermée capteur-actionneur pour contrôler la température de l'eau en régulant le rapport de débit d'eau chaude et d'eau froide.

Les deux alliages à mémoire de forme les plus répandus sont le cuivre - aluminium - nickel et le nickel - titane ( NiTi ), mais les SMA peuvent également être créés en alliant du zinc , du cuivre , de l'or et du fer . Bien que les SMA à base de fer et de cuivre, tels que Fe -Mn-Si, Cu-Zn-Al et Cu-Al-Ni, soient disponibles dans le commerce et moins chers que le NiTi, les SMA à base de NiTi sont préférables pour la plupart des applications en raison de leur stabilité et de leur praticabilité ainsi que de leurs performances thermomécaniques supérieures. Les SMA peuvent exister en deux phases différentes, avec trois structures cristallines différentes (c'est-à-dire la martensite maclée, la martensite démaclée et l'austénite) et six transformations possibles. Le comportement thermomécanique des SMA est régi par une transformation de phase entre l'austénite et la martensite.

Les alliages NiTi passent de l'austénite à la martensite lors du refroidissement à partir d'une température inférieure à M _s ; M _f est la température à laquelle la transition vers la martensite s'achève lors du refroidissement. En conséquence, lors du chauffage, A _s et A _f sont les températures auxquelles la transformation de la martensite en austénite commence et se termine.

L'application d'une charge mécanique à la martensite entraîne une réorientation des cristaux, appelée « démaclage », qui se traduit par une déformation qui n'est pas récupérée (mémorisée) après le relâchement de la charge mécanique. Le démaclage commence à une certaine contrainte σ _s et se termine à σ _f au-dessus de laquelle la martensite continue à présenter uniquement un comportement élastique (tant que la charge est inférieure à la limite d'élasticité). La déformation mémorisée du démaclage est récupérée après chauffage jusqu'à l'austénite.

La transformation de phase de l'austénite en martensite peut également se produire à température constante en appliquant une charge mécanique au-dessus d'un certain niveau. La transformation est inversée lorsque la charge est relâchée.

La transition de la phase martensitique à la phase austénite dépend uniquement de la température et de la contrainte, et non du temps, comme c'est le cas de la plupart des changements de phase, car il n'y a pas de diffusion. De même, la structure austénitique tire son nom des alliages d'acier de structure similaire. C'est la transition réversible sans diffusion entre ces deux phases qui donne naissance à des propriétés particulières. Bien que la martensite puisse être formée à partir de l'austénite par refroidissement rapide de l' acier au carbone , ce processus n'est pas réversible, de sorte que l'acier n'a pas de propriétés de mémoire de forme.

Dans cette figure, l'axe vertical représente la fraction de martensite. La différence entre la transition de chauffage et la transition de refroidissement donne lieu à une hystérésis où une partie de l'énergie mécanique est perdue au cours du processus. La forme de la courbe dépend des propriétés matérielles de l'alliage à mémoire de forme, telles que la composition de l'alliage et l'écrouissage .

L'effet mémoire de forme (SME) se produit parce qu'une transformation de phase induite par la température inverse la déformation, comme le montre la courbe d'hystérésis précédente. En général, la phase martensitique est monoclinique ou orthorhombique (B19' ou B19). Étant donné que ces structures cristallines ne possèdent pas suffisamment de systèmes de glissement pour faciliter le mouvement des dislocations, elles se déforment par maclage , ou plutôt par démaclage.

La martensite est thermodynamiquement favorisée à basse température, tandis que l'austénite (cubique B2) est thermodynamiquement favorisée à haute température. Étant donné que ces structures ont des tailles de réseau et une symétrie différentes, le refroidissement de l'austénite en martensite introduit une énergie de déformation interne dans la phase martensitique. Pour réduire cette énergie, la phase martensitique forme de nombreuses macles, ce qu'on appelle le « maclage auto-accommodant » et qui est la version maclée des dislocations géométriquement nécessaires . Étant donné que l'alliage à mémoire de forme sera fabriqué à partir d'une température plus élevée et qu'il est généralement conçu de manière à ce que la phase martensitique soit dominante à la température de fonctionnement pour tirer parti de l'effet de mémoire de forme, les alliages à mémoire de forme « commencent » fortement maclés.

Lorsque la martensite est chargée, ces macles auto-accommodantes offrent un chemin facile pour la déformation. Les contraintes appliquées vont détricoter la martensite, mais tous les atomes restent dans la même position par rapport aux atomes voisins : aucune liaison atomique n'est rompue ou reformée (comme ce serait le cas par un mouvement de dislocation). Ainsi, lorsque la température augmente et que l'austénite devient thermodynamiquement favorisée, tous les atomes se réorganisent vers la structure B2 qui se trouve avoir la même forme macroscopique que la forme pré-déformation de B19. Cette transformation de phase se produit extrêmement rapidement et donne aux SMA leur « claquement » distinctif.

L'utilisation répétée de l'effet mémoire de forme peut conduire à un décalage des températures de transformation caractéristiques (cet effet est connu sous le nom de fatigue fonctionnelle, car il est étroitement lié à un changement des propriétés microstructurales et fonctionnelles du matériau). La température maximale à laquelle les AMF ne peuvent plus être soumis à des contraintes est appelée M _d , où les AMF sont déformés de manière permanente.

Les alliages à mémoire de forme ont différents effets de mémoire de forme. Les deux effets courants sont l'AMF unidirectionnel et l'AMF bidirectionnel. Un schéma des effets est présenté ci-dessous. Les procédures sont très similaires : partir de la martensite, ajouter une déformation, chauffer l'échantillon et le refroidir à nouveau.

Lorsqu'un alliage à mémoire de forme est à froid (en dessous de M _f ), le métal peut être plié ou étiré et conservera ces formes jusqu'à ce qu'il soit chauffé au-dessus de la température de transition. Lors du chauffage, la forme reprend sa forme d'origine. Lorsque le métal refroidit à nouveau, il conserve sa forme jusqu'à ce qu'il soit à nouveau déformé.

Avec l'effet unidirectionnel, le refroidissement à haute température ne provoque pas de changement de forme macroscopique. Une déformation est nécessaire pour créer la forme à basse température. Lors du chauffage, la transformation commence à A _s et se termine à A _f (généralement de 2 à 20 °C ou plus, selon l'alliage ou les conditions de chargement). A _s est déterminé par le type et la composition de l'alliage et peut varier entre−150 °C et200 °C .

L'effet de mémoire de forme bidirectionnel est l'effet selon lequel le matériau se souvient de deux formes différentes : une à basse température et une à haute température. Un matériau qui présente un effet de mémoire de forme à la fois pendant le chauffage et le refroidissement est dit avoir une mémoire de forme bidirectionnelle. Cela peut également être obtenu sans l'application d'une force externe (effet bidirectionnel intrinsèque). La raison pour laquelle le matériau se comporte si différemment dans ces situations réside dans l'entraînement. L'entraînement implique qu'une mémoire de forme peut « apprendre » à se comporter d'une certaine manière. Dans des circonstances normales, un alliage à mémoire de forme « se souvient » de sa forme à basse température, mais lors du chauffage pour retrouver la forme à haute température, il « oublie » immédiatement la forme à basse température. Cependant, il peut être « entraîné » à « se souvenir » de laisser des traces de la condition déformée à basse température dans les phases à haute température. Une façon d'entraîner l'AMF consiste à appliquer une charge thermique cyclique sous un champ de contrainte constant. Au cours de ce processus, des défauts internes sont introduits dans la microstructure, ce qui génère des contraintes internes permanentes qui facilitent l'orientation des cristaux martensitiques. Par conséquent, lors du refroidissement d'un SMA formé en phase austénitique sans contrainte appliquée, la martensite se forme démaillée en raison des contraintes internes, ce qui conduit au changement de forme du matériau. Et lors du réchauffement du SMA en austénite, il retrouve sa forme initiale.

Il existe plusieurs façons de procéder. Un objet formé et formé chauffé au-delà d'un certain point perdra l'effet de mémoire bidirectionnel.

Les AMS présentent un phénomène parfois appelé superélasticité, mais plus précisément décrit comme pseudoélasticité . La « superélasticité » implique que les liaisons atomiques entre les atomes s'étirent sur une longueur extrême sans entraîner de déformation plastique. La pseudoélasticité permet toujours d'obtenir des déformations importantes et récupérables avec peu ou pas de déformation permanente, mais elle repose sur des mécanismes plus complexes.

Les AMS présentent au moins trois types de pseudoélasticité. Les deux types de pseudoélasticité les moins étudiés sont la formation de pseudo-macles et le comportement de type caoutchouc dû à un ordre à courte portée.

L'effet pseudo-élastique principal provient d'une transformation de phase induite par la contrainte. La figure de droite montre comment ce processus se produit.

Ici, une charge est appliquée de manière isotherme à un SMA au-dessus de la température de finition de l'austénite, A _f , mais en dessous de la température de déformation de la martensite, M _d . La figure ci-dessus illustre comment cela est possible, en reliant la transformation de phase induite par la contrainte pseudoélastique à la transformation de phase induite par la température par effet de mémoire de forme. Pour un point particulier sur A _{f ,} il est possible de choisir un point sur la ligne M _{s avec une température} plus élevée , tant que ce point M _d a également une contrainte plus élevée . Le matériau présente initialement un comportement élastoplastique typique des métaux. Cependant, une fois que le matériau atteint la contrainte martensitique, l'austénite se transforme en martensite et se démacche. Comme indiqué précédemment, ce démacchement est réversible lors de la transformation de la martensite en austénite. Si des contraintes importantes sont appliquées, un comportement plastique tel que le démacchement et le glissement de la martensite s'amorcera à des sites tels que les joints de grains ou les inclusions. Si le matériau est déchargé avant que la déformation plastique ne se produise, il redeviendra austénitique une fois qu'une contrainte critique pour l'austénite sera atteinte (σ _as ). Le matériau récupérera presque toute la déformation induite par le changement structurel, et pour certains AMF, cela peut être des déformations supérieures à 10 pour cent. Cette boucle d'hystérésis montre le travail effectué pour chaque cycle du matériau entre les états de petites et grandes déformations, ce qui est important pour de nombreuses applications.

Dans un graphique de déformation en fonction de la température, les lignes de début et de fin de l'austénite et de la martensite sont parallèles. La SME et la pseudoélasticité sont en fait des parties différentes du même phénomène, comme illustré à gauche.

La clé des grandes déformations de contrainte est la différence de structure cristalline entre les deux phases. L'austénite a généralement une structure cubique tandis que la martensite peut être monoclinique ou une autre structure différente de la phase parente, généralement avec une symétrie plus faible. Pour un matériau martensitique monoclinique tel que le Nitinol, la phase monoclinique a une symétrie plus faible, ce qui est important car certaines orientations cristallographiques s'adapteront à des contraintes plus élevées par rapport à d'autres orientations lorsqu'elles sont soumises à une contrainte appliquée. Il s'ensuit donc que le matériau aura tendance à former des orientations qui maximisent la contrainte globale avant toute augmentation de la contrainte appliquée. Un mécanisme qui facilite ce processus est le maclage de la phase martensitique. En cristallographie, une limite de maclage est un défaut bidimensionnel dans lequel l'empilement des plans atomiques du réseau se reflète sur le plan de la limite. En fonction de la contrainte et de la température, ces processus de déformation entreront en compétition avec la déformation permanente telle que le glissement.

σ _ms dépend de paramètres tels que la température et le nombre de sites de nucléation pour la nucléation de phase. Les interfaces et les inclusions fourniront des sites généraux pour le début de la transformation, et si ceux-ci sont nombreux, cela augmentera la force motrice de la nucléation. Un σ _ms plus petit sera nécessaire que pour la nucléation homogène. De même, l'augmentation de la température réduira la force motrice de la transformation de phase, donc un σ _ms plus grand sera nécessaire. On peut voir qu'à mesure que vous augmentez la température de fonctionnement du SMA, σ _ms sera supérieur à la limite d'élasticité, σ _y , et la superélasticité ne sera plus observable.

Les premières avancées vers la découverte de l'effet mémoire de forme ont été réalisées dans les années 1930. Selon Otsuka et Wayman, Arne Ölander a découvert le comportement pseudoélastique de l'alliage Au-Cd en 1932. Greninger et Mooradian (1938) ont observé la formation et la disparition d'une phase martensitique en diminuant et en augmentant la température d'un alliage Cu-Zn. Le phénomène fondamental de l'effet mémoire régi par le comportement thermoélastique de la phase martensitique a été largement rapporté une décennie plus tard par Kurdjumov et Khandros (1949) et également par Chang et Read (1951).

Les alliages nickel-titane ont été développés pour la première fois en 1962-1963 par le Naval Ordnance Laboratory des États-Unis et commercialisés sous le nom commercial Nitinol (acronyme de Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories). Leurs propriétés remarquables ont été découvertes par accident. Un échantillon qui avait été déformé à plusieurs reprises a été présenté lors d'une réunion de gestion du laboratoire. L'un des directeurs techniques associés, le Dr David S. Muzzey, a décidé de voir ce qui se passerait si l'échantillon était soumis à la chaleur et a placé son briquet en dessous. À la stupéfaction générale, l'échantillon s'est étiré pour reprendre sa forme initiale.

Il existe un autre type d' alliage à mémoire de forme ferromagnétique (AMF), qui change de forme sous l'effet de champs magnétiques puissants. Ces matériaux sont particulièrement intéressants car la réponse magnétique tend à être plus rapide et plus efficace que les réponses induites par la température.

Les alliages métalliques ne sont pas les seuls matériaux thermosensibles ; des polymères à mémoire de forme ont également été développés et sont devenus disponibles dans le commerce à la fin des années 1990.

De nombreux métaux possèdent plusieurs structures cristallines différentes ayant la même composition, mais la plupart ne présentent pas cet effet de mémoire de forme. La propriété spéciale qui permet aux alliages à mémoire de forme de revenir à leur forme d'origine après chauffage est que leur transformation cristalline est entièrement réversible. Dans la plupart des transformations cristallines, les atomes de la structure se déplacent à travers le métal par diffusion, modifiant la composition localement, même si le métal dans son ensemble est constitué des mêmes atomes. Une transformation réversible n'implique pas cette diffusion d'atomes, mais tous les atomes se déplacent en même temps pour former une nouvelle structure, de la même manière qu'un parallélogramme peut être fabriqué à partir d'un carré en poussant sur deux côtés opposés. À différentes températures, différentes structures sont préférées et lorsque la structure est refroidie au-delà de la température de transition, la structure martensitique se forme à partir de la phase austénitique.

Les alliages à mémoire de forme sont généralement fabriqués par moulage, par fusion à l'arc sous vide ou par fusion par induction. Il s'agit de techniques spécialisées utilisées pour réduire au minimum les impuretés dans l'alliage et garantir que les métaux sont bien mélangés. Le lingot est ensuite laminé à chaud en sections plus longues, puis étiré pour le transformer en fil.

La manière dont les alliages sont « formés » dépend des propriétés souhaitées. La « formation » dicte la forme que l'alliage se souviendra lorsqu'il sera chauffé. Cela se produit en chauffant l'alliage de sorte que les dislocations se réorganisent dans des positions stables, mais pas à une température telle que le matériau recristallise . Elles sont chauffées entre400 °C et500 °C pendant 30 minutes, façonnés à chaud, puis refroidis rapidement par trempe à l'eau ou par refroidissement à l'air.

Les alliages à mémoire de forme à base de cuivre et de NiTi sont considérés comme des matériaux techniques. Ces compositions peuvent être fabriquées dans presque toutes les formes et tailles.

La limite d'élasticité des alliages à mémoire de forme est inférieure à celle de l'acier conventionnel, mais certaines compositions ont une limite d'élasticité supérieure à celle du plastique ou de l'aluminium. La limite d'élasticité du Ni Ti peut atteindre500 MPa . Le coût élevé du métal lui-même et les exigences de traitement rendent difficile et coûteuse la mise en œuvre des alliages à mémoire de forme dans une conception. Par conséquent, ces matériaux sont utilisés dans des applications où les propriétés superélastiques ou l'effet mémoire de forme peuvent être exploités. L'application la plus courante est l'actionnement.

L'un des avantages de l'utilisation d'alliages à mémoire de forme est le niveau élevé de déformation plastique récupérable qui peut être induit. La déformation récupérable maximale que ces matériaux peuvent supporter sans dommage permanent peut atteindre8 % pour certains alliages. Ceci est à comparer avec une déformation maximale0,5% pour les aciers conventionnels.

Les alliages à mémoire de forme présentent de nombreux avantages par rapport aux actionneurs traditionnels, mais souffrent d'une série de limitations qui peuvent entraver leur application pratique. De nombreuses études ont souligné que seules quelques applications brevetées d'alliages à mémoire de forme connaissent un succès commercial en raison de limitations matérielles combinées à un manque de connaissances en matière de matériaux et de conception et d'outils associés, tels que des approches et des techniques de conception inappropriées. Les défis de la conception des applications SMA consistent à surmonter leurs limitations, qui comprennent une déformation utilisable relativement faible, une faible fréquence d'actionnement, une faible contrôlabilité, une faible précision et une faible efficacité énergétique.

Les actionneurs SMA sont généralement actionnés électriquement, où un courant électrique entraîne un échauffement par effet Joule . La désactivation se produit généralement par transfert de chaleur par convection libre vers l'environnement ambiant. Par conséquent, l'actionnement SMA est généralement asymétrique, avec un temps d'actionnement relativement rapide et un temps de désactivation lent. Un certain nombre de méthodes ont été proposées pour réduire le temps de désactivation du SMA, notamment la convection forcée et le retardement du SMA avec un matériau conducteur afin de manipuler le taux de transfert de chaleur.

De nouvelles méthodes pour améliorer la faisabilité des actionneurs SMA comprennent l'utilisation d'un « retardateur » conducteur. Cette méthode utilise une pâte thermique pour transférer rapidement la chaleur du SMA par conduction. Cette chaleur est ensuite plus facilement transférée vers l'environnement par convection car les rayons extérieurs (et la zone de transfert de chaleur) sont nettement plus grands que pour le fil nu. Cette méthode entraîne une réduction significative du temps de désactivation et un profil d'activation symétrique. En conséquence de l'augmentation du taux de transfert de chaleur , le courant requis pour atteindre une force d'actionnement donnée est augmenté.

Le SMA est sujet à la fatigue structurelle, un mode de défaillance par lequel une charge cyclique entraîne l'initiation et la propagation d'une fissure qui finit par entraîner une perte de fonction catastrophique par rupture. La physique derrière ce mode de fatigue est l'accumulation de dommages microstructuraux pendant la charge cyclique. Ce mode de défaillance est observé dans la plupart des matériaux techniques, pas seulement dans les SMA.

Les alliages à mémoire de forme (SMA) sont également sujets à la fatigue fonctionnelle, un mode de défaillance qui n'est pas typique de la plupart des matériaux d'ingénierie, dans lequel l'alliage SMA ne se détériore pas structurellement mais perd ses caractéristiques de mémoire de forme/superélastiques au fil du temps. En raison de la charge cyclique (à la fois mécanique et thermique), le matériau perd sa capacité à subir une transformation de phase réversible. Par exemple, le déplacement de travail dans un actionneur diminue avec l'augmentation du nombre de cycles. La physique derrière cela est un changement progressif de la microstructure, plus précisément l'accumulation de dislocations de glissement d'accommodation . Cela s'accompagne souvent d'un changement significatif des températures de transformation. La conception des actionneurs SMA peut également influencer la fatigue structurelle et fonctionnelle de l'alliage SMA, comme les configurations de poulie dans le système SMA-Pulley.

Les actionneurs SMA sont généralement actionnés électriquement par effet Joule . Si le SMA est utilisé dans un environnement où la température ambiante n'est pas contrôlée, un actionnement involontaire par chauffage ambiant peut se produire.

Boeing , General Electric Aircraft Engines , Goodrich Corporation , la NASA , l'université Texas A&M et All Nippon Airways ont développé le Chevron à géométrie variable en utilisant un alliage NiTi SMA. Une telle conception de tuyère à surface variable (VAFN) permettrait de fabriquer des moteurs à réaction plus silencieux et plus efficaces à l'avenir. En 2005 et 2006, Boeing a mené avec succès des essais en vol de cette technologie.

Les alliages à base de métal fondu sont étudiés comme amortisseurs de vibrations pour les lanceurs et les moteurs à réaction commerciaux. La grande quantité d' hystérésis observée pendant l'effet superélastique permet aux alliages à base de métal fondu de dissiper l'énergie et d'amortir les vibrations. Ces matériaux semblent prometteurs pour réduire les fortes charges vibratoires sur les charges utiles lors du lancement ainsi que sur les pales de ventilateur des moteurs à réaction commerciaux, ce qui permet des conceptions plus légères et plus efficaces. Les alliages à base de métal fondu présentent également un potentiel pour d'autres applications à chocs élevés telles que les roulements à billes et les trains d'atterrissage.

Il existe également un vif intérêt pour l'utilisation des alliages à mémoire de forme haute température (AMTF) dans diverses applications d'actionneurs dans les moteurs à réaction commerciaux, ce qui réduirait considérablement leur poids et augmenterait leur efficacité. Des recherches supplémentaires doivent cependant être menées dans ce domaine pour augmenter les températures de transformation et améliorer les propriétés mécaniques de ces matériaux avant qu'ils puissent être mis en œuvre avec succès. Une revue des avancées récentes dans les alliages à mémoire de forme haute température (AMTF) est présentée par Ma et al.

Une variété de technologies de transformation des ailes sont également à l’étude.

Le premier produit à grand volume (> 5 millions d'actionneurs par an) est une vanne automobile utilisée pour contrôler les vessies pneumatiques basse pression d'un siège de voiture qui ajustent le contour du support lombaire/des traversins. Les avantages globaux du SMA par rapport aux solénoïdes traditionnellement utilisés dans cette application (bruit/CEM/poids/facteur de forme/consommation d'énergie plus faibles) ont été le facteur crucial dans la décision de remplacer l'ancienne technologie standard par le SMA.

La Chevrolet Corvette 2014 est devenue le premier véhicule à intégrer des actionneurs SMA, qui ont remplacé les actionneurs motorisés plus lourds pour ouvrir et fermer l'évent de hayon qui libère l'air du coffre, facilitant ainsi sa fermeture. Diverses autres applications sont également ciblées, notamment des générateurs électriques pour générer de l'électricité à partir de la chaleur des gaz d'échappement et des barrages d'air à la demande pour optimiser l'aérodynamisme à différentes vitesses.

Des études limitées ont également été menées sur l'utilisation de ces matériaux en robotique , par exemple sur le robot amateur Stiquito (et "Roboterfrau Lara" ), car ils permettent de créer des robots très légers. Récemment, une main prothétique a été introduite par Loh et al. qui peut presque reproduire les mouvements d'une main humaine [Loh2005]. D'autres applications biomimétiques sont également à l'étude. Les points faibles de la technologie sont l'inefficacité énergétique, les temps de réponse lents et l'hystérésis importante .

Les SMA sont également utilisés pour actionner des vannes . Les vannes SMA sont de conception particulièrement compacte.

Il existe des prototypes de main robotique basés sur l'AMF qui utilisent l'effet de mémoire de forme (SME) pour déplacer les doigts.

Les SMA trouvent de nombreuses applications dans les structures civiles telles que les ponts et les bâtiments. Sous forme de barres d'armature ou de plaques, ils peuvent être utilisés pour le renforcement à la flexion, au cisaillement et aux séismes des structures en béton et en acier. Une autre application est le béton armé intelligent (IRC), qui intègre des fils SMA intégrés dans le béton. Ces fils peuvent détecter les fissures et se contracter pour réparer les microfissures. Le réglage actif de la fréquence naturelle structurelle à l'aide de fils SMA pour amortir les vibrations est également possible, ainsi que l'utilisation de fibres SMA dans le béton.

La première application commerciale grand public était un raccord à mémoire de forme pour les canalisations, par exemple les conduites de pétrole, pour les applications industrielles, les conduites d'eau et les types de canalisations similaires pour les applications grand public/commerciales.

Plusieurs fabricants de smartphones ont commercialisé des téléphones dotés de modules de stabilisation optique d'image (OIS) intégrant des actionneurs SMA, fabriqués sous licence de Cambridge Mechatronics.

Les alliages à mémoire de forme sont utilisés en médecine, par exemple comme dispositifs de fixation pour les ostéotomies en chirurgie orthopédique , comme actionneur dans les outils chirurgicaux, comme aiguilles chirurgicales orientables actives pour les interventions percutanées mini-invasives contre le cancer dans les procédures chirurgicales telles que la biopsie et la curiethérapie , dans les appareils dentaires pour exercer des forces constantes de déplacement des dents sur les dents, et en endoscopie par capsule, ils peuvent être utilisés comme déclencheur pour l'action de la biopsie.

La fin des années 1980 a vu l'introduction commerciale du Nitinol comme technologie habilitante dans un certain nombre d'applications médicales endovasculaires mini-invasives. Bien que plus coûteux que l'acier inoxydable, les propriétés auto-expansibles des alliages de Nitinol fabriqués selon la BTR (Body Temperature Response) ont fourni une alternative intéressante aux dispositifs expansibles par ballonnet dans les endoprothèses , où ils permettent de s'adapter à la forme de certains vaisseaux sanguins lorsqu'ils sont exposés à la température corporelle. En moyenne,50 % de tous les stents vasculaires périphériques actuellement disponibles sur le marché mondial sont fabriqués avec du Nitinol.

Les montures de lunettes fabriquées à partir d'alliages à mémoire de forme contenant du titane sont commercialisées sous les marques Flexon et TITANflex. Ces montures sont généralement fabriquées à partir d'alliages à mémoire de forme dont la température de transition est inférieure à la température ambiante prévue. Cela permet aux montures de subir de fortes déformations sous l'effet de la contrainte, mais de reprendre leur forme prévue une fois le métal déchargé. Les très grandes déformations apparemment élastiques sont dues à l'effet martensitique induit par la contrainte, où la structure cristalline peut se transformer sous l'effet de la charge, ce qui permet à la forme de changer temporairement sous l'effet de la charge. Cela signifie que les lunettes fabriquées à partir d'alliages à mémoire de forme sont plus résistantes aux dommages accidentels.

Le métal à mémoire de forme a été utilisé en chirurgie orthopédique comme dispositif de fixation-compression pour les ostéotomies , généralement pour les interventions sur les membres inférieurs. Le dispositif, généralement sous la forme d'une grande agrafe, est stocké dans un réfrigérateur sous sa forme malléable et est implanté dans des trous pré-percés dans l'os au niveau d'une ostéotomie. Lorsque l'agrafe se réchauffe, elle revient à son état non malléable et comprime les surfaces osseuses ensemble pour favoriser la consolidation osseuse.

La gamme d'applications des alliages à mémoire de forme s'est élargie au fil des ans, l'un des principaux domaines de développement étant la dentisterie. Un exemple est la prévalence des appareils dentaires utilisant la technologie SMA pour exercer des forces de déplacement dentaire constantes sur les dents ; l' arc en nitinol a été développé en 1972 par l'orthodontiste George Andreasen . Cela a révolutionné l'orthodontie clinique. L'alliage d'Andreasen a une mémoire de forme structurée, se dilatant et se contractant dans des plages de température données en raison de sa programmation géométrique.

Harmeet D. Walia a ensuite utilisé l'alliage dans la fabrication de limes de canal radiculaire pour l'endodontie .

Les techniques traditionnelles d'annulation active des tremblements utilisent des systèmes électriques, hydrauliques ou pneumatiques pour actionner un objet dans la direction opposée à la perturbation. Cependant, ces systèmes sont limités en raison de la grande infrastructure nécessaire pour produire de grandes amplitudes de puissance aux fréquences de tremblement humain. Les SMA se sont avérés être une méthode d'actionnement efficace dans les applications portables et ont permis la création d'une nouvelle classe de dispositifs d'annulation active des tremblements. Un exemple récent de ce type de dispositif est la cuillère Liftware , développée par Lift Labs , filiale de Verily Life Sciences .

Des moteurs thermiques expérimentaux à semi-conducteurs, fonctionnant à partir de différences de température relativement faibles entre les réservoirs d'eau froide et d'eau chaude, ont été développés depuis les années 1970, notamment le moteur Banks, développé par Ridgway Banks .

Vendu en petites longueurs rondes pour une utilisation dans des bracelets sans fixation.

Des scientifiques allemands de l'université de la Sarre ont fabriqué un prototype de machine qui transfère la chaleur à l'aide d'un fil en alliage nickel-titane (« nitinol ») enroulé autour d'un cylindre rotatif. Lorsque le cylindre tourne, la chaleur est absorbée d'un côté et libérée de l'autre, le fil passant de son état « superélastique » à son état non chargé. Selon un article de 2019 publié par l'université de la Sarre, l'efficacité avec laquelle la chaleur est transférée semble être supérieure à celle d'une pompe à chaleur ou d'un climatiseur classique.

Presque tous les climatiseurs et pompes à chaleur utilisés aujourd'hui utilisent la compression de vapeur des réfrigérants . Au fil du temps, certains des réfrigérants utilisés dans ces systèmes s'échappent dans l'atmosphère et contribuent au réchauffement climatique . Si la nouvelle technologie, qui n'utilise aucun réfrigérant, s'avère économique et pratique, elle pourrait représenter une avancée significative dans les efforts visant à réduire le changement climatique.

Les alliages à mémoire de forme (AMF), tels que le nickel-titane (Nitinol) , sont utilisés dans les systèmes de serrage en raison de leur comportement thermo-réactif unique. Les pinces en AMF sont utilisées en chirurgie dento-faciale pour soigner les fractures mandibulaires .

De nombreux alliages présentent un effet mémoire de forme. Les constituants de l'alliage peuvent être ajustés pour contrôler les températures de transformation du SMA. Parmi les systèmes courants, on peut citer les suivants (liste non exhaustive) :