Alliages à mémoire de forme - Technologie et applications industrielles

1 - Principales caractéristiques

• 1.1 - Mécanismes microstructuraux
  Figure 1 - Représentation schématique d’un plan d’habitat obtenu par la croissance simultanée de deux variantes de martensite Figure 2 - Schéma tridimensionnel contrainte-déformation-température décrivant le comportement thermomécanique pour l'effet de mémoire de forme caractérisé par un démaclage d’une martensite maclée (trajet e-f-g-h-i-a) et pour l’effet superélastique produit par une croissance orientée de la martensite (trajet a-b-c-d-a)
• 1.2 - Méthodes de caractérisation des températures de transformation
  Figure 3 - Évolution de la fraction volumique de martensite en fonction de la température. Définition des quatre températures caractéristiques de transformation Figure 4 - Thermogramme obtenu par DSC pour déterminer les températures de transformation
• 1.3 - Propriétés thermomécaniques
  Figure 5 - Comportement superélastique et diagramme de phases d’un AMF Figure 6 - Comportements superélastiques des principaux AMF Ni-Ti et base cuivre, comparés au comportement de l’os et du tendon humain Figure 7 - Description microscopique de l’effet mémoire de forme : l'austénite (i) est refroidie pour former de la martensite maclée (ii) sans subir de changement de forme, puis est déformée par le déplacement des joints de macle (iii). Le chauffage de cet état martensitique déformé permet de retrouver la structure austénitique et la forme d'origine Figure 8 - Caractéristiques macroscopiques de l’effet mémoire de forme : à partir d’un état initial (A), l’application d’une charge sur un ressort (B) conduit à une déformation permanente (C), puis au chauffage au retour à la forme initiale (D) Figure 9 - Schéma de principe du retour contraint. Illustration de l’influence d’un jeu entre l’AMF et le dispositif de maintien. Prise en compte du rôle joué par la rigidité du dispositif de maintien Figure 10 - Diagramme d’état. Évolution des contraintes critiques de divers modes de déformation en fonction de la température
• 1.4 - Fatigue, vieillissement, corrosion

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  Figure 11 - Les différents types de fatigue observés dans les alliages à mémoire de forme Figure 12 - Nombre de cycles à rupture en fonction de la déformation maximale imposée pour des échantillons de Cu-Al-Be mono et polycristallins, comparaison avec le Ni-Ti [8] Figure 13 - Illustration de l’influence des traitements thermiques sur la durée de vie en fatigue du Ni-Ti [9] Figure 14 - Cyclage thermique d’un Ni-Ti sous une charge de 150 MPa, montrant la déformation résiduelle obtenue à l’issue du premier cycle, et l’obtention d’un cycle stabilisé après 50 cycles d’éducation [2]

2 - Alliages industriels

• 2.1 - Caractéristiques des alliages industriels
  Tableau 1
• 2.2 - Alliages de Ni-Ti
  Figure 15 - Exemples de produits semi-finis en Ni-Ti : fil rond, plaques et bandes, barres (photo : Nimesis Technology) Figure 16 - Représentation schématique de la densité de puissance en fonction de la masse, pour les technologies d'actionneurs les plus courantes [14]
• 2.3 - Alliages base cuivre
  Figure 17 - Fils monocristallins de Cu-Al-Be diamètre 1,4 mm (photo : Nimesis Technology)
• 2.4 - Alliages base fer

3 - Autres alliages

• 3.1 - Ti-Nb
• 3.2 - AMF hautes températures
  Figure 18 - Température de transformation et déformation de transformation [17]
• 3.3 - AMF magnétiques
• 3.4 - Composites à mémoire de forme
• 3.5 - Autres alliages

4 - Applications

• 4.1 - Types d’applications classés par fonction
  Figure 19 - Différents types d’applications des AMF classés par fonction Figure 20 - Différents type d’actionneurs à mémoire de forme en fonction du mode d’actionnement et de la fonction à réaliser
• 4.2 - Actionneurs AMF
• 4.3 - Micro-actionneurs en AMF
• 4.4 - Applications des AMF
  Figure 21 - Exemples de dispositifs biomédicaux en AMF commercialisés par Nimesis Technology Figure 22 - Actionneurs de déploiement et de libération développés par Nimesis Technology pour les applications spatiales Figure 23 - Projet de sculpture qui devrait être installée sur la Lune [24] Tableau 2
• 4.5 - Conditions de choix
  Figure 24 - Contrainte maximale en fonction de la déformation maximale admissible dans les alliages à mémoire de forme pour différents nombres de cycle (N = 10 et N = 1 000) et comparaison avec d’autre types de solutions technologiques (données issues de [25] pour les autres solutions) Figure 25 - Densité d’énergie spécifique fonction de la fréquence d’activation de plusieurs familles de matériaux [2] Figure 26 - Représentation schématique du processus de rédaction d’un cahier des charges pour une application AMF
• 4.6 - Simulation numérique

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  Tableau 3

5 - Mise en œuvre et procédés

• 5.1 - Procédés d’élaboration
• 5.2 - Procédés de transformation
• 5.3 - Procédés par enlèvement de matière
• 5.4 - Procédés de mise en œuvre
• 5.5 - Fabrication additive
  Figure 28 - Composants en Ni-Ti travaillant en torsion, optimisés et fabriqués par SLM (Nimesis Technology/Université de Lorraine/Thales Alenia Space)

6 - Marché des AMF

• 6.1 - Taille du marché
• 6.2 - Facteurs de croissance
• 6.3 - Fabricants clés
• 6.4 - Répartition du marché par types d’application
  Figure 29 - Marché des AMF par types d’application [43]
• 6.5 - Secteurs d’application
  Figure 30 - Marché des AMF par secteurs et sous-secteurs d’application
• 6.6 - Perspectives

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7 - Conclusion

8 - Glossaire

9 - Sigles, notations et symboles