Formgedächtnis-Legierungen

Die Formgedächtnis-Legierungen (Shape-Memory-Alloys oder SMA, teilweise auch als Memorymetalle bezeichnet) können ihre bei tiefen Temperaturen erfahrene plastische oder irreversible Verformung durch Erwärmung rückbilden. Dabei wird bei nachfolgender Abkühlung auf die Ausgangstemperatur der ursprüngliche Verformungszustand wieder angenommen (Bilder 1 und 2).

Der Formgedächtnis-Effekt geht aus einer thermoelastischen martensitischen Umwandlung hervor, wobei eine temperaturabhängige Änderung der Kristallstruktur erfolgt. Insgesamt spricht man von zwei Kristallstrukturen: Austenit (Hochtemperatur-Struktur) und Martensit (Niedertemperatur-Struktur). Beide weisen eine geordnete Gitterstruktur auf.

Beim Einwegeffekt nimmt das Material, das bei einer tiefen Temperatur verformt wurde, seine ursprüngliche Form wieder an, wenn es auf eine höhere Temperatur erhitzt wird. Die Umwandlung beginnt bei der Austenit-Start-Temperatur As, die durch eine entsprechende Legierungszusammensetzung eingestellt werden kann. Außerdem können Formgedächtnislegierungen auch einen Zweiwegeffekt (sie können sich an zwei Formen erinnern - eine bei einer hohen Temperatur und die andere bei einer tiefen Temperatur) aufweisen, der durch spezielle thermomechansiche Werkstoffbehandlung eingestellt werden kann. Letztlich kann die Umwandlung von der Austenit- zur Martensit-Struktur auch durch eine Schubspannung mechanisch erzwungen werden. Diese sogenannte Pseudoelastizität wirkt gummiartig, was beispielsweise eine ideale Eigenschaft für Brillenrahmen darstellt.

Technisch interessant sind dafür Nickel-Titan-Legierungen‚ die im "kalten" Zustand eine martensitische Gitterstruktur mit relativ leichter Verformbarkeit, im "warmen" Zustand eine austenitische Struktur mit hochfester Gitterstruktur ausbilden (Hochtemperatur-Austenit) und die sich als temperaturabhängige, allotrope Modifikationen einordnen lassen. Bild 3 zeigt als idealisierte Rasteraufnahme die mögliche Verformung einer Büroklammer aus einer NiTi-Legierung.

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