Copper based shape memory alloys for damping applications

Shape memory alloys (SMAs) are used in many technological applications, especially for actuators and sensors, due to their unique properties. Copper based SMAs have drawn particular interest recently for vibration damping due to their low cost and good performance in normal operating temperatures for structural applications. This work begins with a discussion about the unique features of shape memory alloys, namely the shape memory effect, pseudoelasticity and superplasticity, explaining the microstructural mechanisms behind them. Subsequently, the existing Cu-based systems are reviewed, presenting their peculiarities, comparing their performance, and finally providing examples of their applications. As this work is part of a larger project that aims to produce a meta-composite in which SMA layers act as vibration dampers, the second part of this thesis is dedicated to the experimental campaign conducted to evaluate possible candidates among Cu-based alloys for this application. Using the literature review as the basis for the choice, alloys from two separate families, namely Cu-Zn-Al and Cu-Al-Mn, were selected and studied. Both the production and the characterization process are detailed in chapter 3 and the results are illustrated and discussed in the following chapters. Finally, a comparison between the studied alloys is provided, and possible applications are proposed for the alloys that yielded positive results.

Le leghe a memoria di forma (SMA) sono impiegate in diverse applicazioni tecnologiche, specialmente per attuatori e sensori, per le loro singolari proprietà. Le SMA base rame hanno recentemente attratto particolare interesse per lo smorzamento delle vibrazioni a causa del loro basso costo e buona performance a temperature comuni nelle applicazioni strutturali. Quest’opera inizia con una discussione sulle caratteristiche uniche delle leghe a memoria di forma, ossia l’effetto di memoria di forma, la pseudoelasticità e la superplasticità, spiegando i meccanismi microstrutturali che le causano. In seguito, i sistemi a base Cu esistenti sono catalogati, presentando le loro peculiarità, confrontando la loro performance, e infine fornendo esempi delle loro applicazioni. Poichè questo lavoro fa parte di un progetto più ampio che mira a produrre meta-compositi in cui strati di leghe SMA fungono da smorzatori di vibrazioni, la seconda parte di questa tesi è dedicata alla campagna sperimentale condotta per valutare possibili candidati per questa applicazione fra le leghe SMA base rame. Utilizzando la letteratura esistente come base per la scelta, leghe di due famiglie distinte, precisamente Cu-Zn-Al e Cu-Al-Mn, sono state selezionate e studiate. Sia il processo di produzione che quello di caratterizzazione sono dettagliati nel capitolo 3, mentre i risultati sono esposti e discussi nei capitoli successivi. Infine, viene effettuato un confronto tra le leghe studiate e si propongono possibili applicazioni per quelle che hanno ottenuto risultati positivi.