Trattamento termico laser di shape setting su fili sottili in NiTi a memoria di forma

The goal of this work consists in studying a new approach for performing the shape setting heat treatment on thin wires in commercial NiTi shape memory alloy. In this work a unconventional shape setting, performed using an Ytterbium fiber laser source in continuous wave modality, was approached in order to induce the martensitic phase transformation on 90um diameter wires, starting from cold worked condition. During the experimental campaign it was evaluated the effect of process speed and laser power on the calorimetric properties of the NiTi wire. After the identification of the most promising process speed, it was evaluated the effect of laser power on the functional properties of the wire through stress-strain mechanical tests, strain recovery tests and fatigue tests. This results were compared with the ones obtained from a conventional heat treatment, performed in the traditional way by oven. The most important results showed how the employment of a laser beam was able to induce the NiTi SMA functional properties in extremely fast way with respect to the traditional oven heat treatment method. The wires performance obtained were found to be at least comparable with the ones obtained from the traditional technique, or sometime higher due to the rapid heating of the laser process. It can be finally affirmed that the investigated unconventional shape setting could be applied on thin wires for industrial applications in actuation field with success and it can be considered a real competitor of traditional shape setting processes.

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di studiare l’effetto del trattamento termico laser di shape setting su fili sottili di materiale commerciale a memoria di forma in lega NiTi. Questa attività ha previsto la realizzazione del trattamento termico, effettuato tramite sorgente laser ad Itterbio in fibra utilizzata in modalità continua, per indurre la trasformazione di fase martensitica su fili da 90um di diametro, a partire da una condizione di materiale incrudito. Nella campagna sperimentale è stato valutato l’effetto della potenza del fascio laser e della velocità di scansione sulle proprietà calorimetriche dei fili. Successivamente, definito un valore di velocità di scansione più promettente, è stato valutato l’effetto della potenza laser sulle proprietà funzionali dei fili con prove meccaniche sforzo-deformazione, prove di recupero di deformazione e prove di fatica. Tali risultati sono stati confrontati con quelli ottenuti da un trattamento termico analogo, operato in modo convenzionale in forno. I principali risultati raggiunti hanno mostrato come sia possibile utilizzare un fascio laser per indurre le proprietà funzionali della lega SMA NiTi in modo estremamente rapido rispetto a quanto si può fare in modo convenzionale in forno. Le prestazioni ottenute dei fili risultato essere almeno paragonabili rispetto a quanto ottenuto con tecnica convenzionale.