Effect of tension load and laser power on functional properties of thin Nitinol wires during straight laser shape setting

The aim of this thesis work is the study of an innovative approach for the final shape setting of superelastic NiTinol thin wires by using an Ytterbium active fiber laser source. The effect of the process parameters on the functional properties of the wires has been investigated through calorimetric and mechanical characterization. In particular, efforts were focused on studying the influence of the incident laser power and of the applied load. The collected results were then compared to the performances obtained with the conventional treatment carried out on the same material, as well as to the commercially available wires, which show optimized properties. All treatments were performed on cold worked Nitinol thin wires. Results show that the optimal properties were achieved for the lower levels of power, while the variation of the applied stress did not affect the material behavior. In conclusion, it was possible to confirm the potentiality of the laser technology for the straight shape setting of thin superelastic Nitinol wires as a valid alternative to conventional techniques, detecting in some cases even better performances than the one observed in furnace annealed samples.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è lo studio di un approccio innovativo per effettuare il trattamento di ricottura su fili sottili in lega Nitinol superelastici tramite l’utilizzo di una sorgente laser a fibra attiva ad Itterbio. Gli effetti della variazione dei parametri di processo sulle proprietà funzionali dei fili sono stati analizzati attraverso caratterizzazioni di tipo calorimetrico e meccanico. In particolare, l’attenzione è stata posta sull’influenza della potenza incidente del fascio laser e del carico applicato al filo durante il trattamento. I risultati ottenuti sono stati poi confrontati con le prestazioni ottenute sul medesimo materiale con il trattamento convenzionale e con il filo superelastico disponibile a livello commerciale, dotato di proprietà ottimizzate. Tutti i trattamenti sono stati effettuati su fili sottili in lega Nitinol in stati incrudito poiché precedentemente sottoposti a deformazione a freddo. I risultati mostrano che proprietà ottimali sono state raggiunte per il livello più basso di potenza, mentre la variazione del carico applicato non ha influenzato il comportamento del materiale. In conclusione, è stato possibile confermare le potenzialità della tecnologia laser per il trattamento di shape setting di fili sottili in lega Nitinol superelastici come valida alternativa alle tecniche di ricottura convenzionali, ottenendo in alcuni casi prestazioni addirittura migliori di quelle osservate nei campioni trattati in forno.