Caracterização de lâminas Niti e compósitos ativos através de ensaios Eletrotermomecânicos / Characterization of Niti and active composites blades through Electrothermechanical tests

Abstract

As ligas com memória de forma (LMF), são materiais metálicos que têm a capacidade de, depois de serem sujeitos a deformações a frio, retornam   à   sua   forma   pré-deformada ("memória") quando submetidas a uma ativação térmica ou induzida pela aplicação de uma corrente elétrica (Souza e Aliaga, 2020). O fenômeno de memória de forma pode ser visto principalmente nas ligas a base de cobre-zinco, cobre-alumínio, cobre-estanho e níquel-titânio. Quando comercializados, esses materiais apresentam-se em diversos formatos, sendo os mais comuns em formas de fio, barra e lâmina. Nesta pesquisa, utilizaram-se como materiais de trabalho, amostras de compósitos embutidas com lâminas de NITI. As lâminas (fitas) foram disponibilizadas pelo Laboratório multidisciplinar de materiais e estruturas ativas-LaMEA, já os compósitos GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) foram fabricados no próprio laboratório da UFERSA. Para esta fabricação, seguiu-se o ciclo de cura proposto pelo fornecedor da resina epóxi, com auxilio de um forno e um molde projetado especificamente para essa finalidade. Para embutir as lâminas de NITI, incialmente foi realizado um tratamento térmico utilizando uma temperatura de 450 °C durante 30 minutos, com posterior resfriamento ao ar. Após esse procedimento, realizou-se o embutimento das lâminas através de moldes metálicos, onde foi possível direcionar e alinhar as fitas com distâncias conhecidas, de forma homogênea. No total, fabricaram-se 3 amostras GFRP/NITI, com frações volumétricas de 3.51%, 7.88% e 9.2%. Para a caracterização dos compósitos GFRP/NITI, a princípio foram realizados ensaios mecânicos, para que pudéssemos obter dados suficientes para a caracterização termomecânica. Dessa forma, realizaram-se ensaios de tração nas lâminas e nas amostras GFRPs até sua ruptura, com o objetivo de determinar as constantes elásticas de cada material ensaiado. Através desses ensaios foi possível gerar gráficos de tensão/deformação e localizar a zona ideal (elástica) dos compósitos GFRP/NITI, para efetuar a caracterização de forma segura, sem comprometer as amostras. Para a obtenção das temperaturas de transição das lâminas com memória de forma foram realizados ensaios do tipo RET (resistência/temperatura), utilizando para isso uma fonte de corrente contínua e uma unidade de aquisição de dados LXI. Com este ensaio, determinaram-se os pontos iniciais e finais das fases martensita e austenita. Já para verificar o comportamento das fitas durante a mudança de fase, foram realizados ensaios de geração de força, que consiste na passagem de fluxo de corrente pelas amostras, aquecendo-as por efeito joule e provocando sua mudança de fase. Para realizar este ensaio utilizou-se uma fonte de corrente contínua e uma máquina de ensaios universal, a qual foi útil para auxiliar na obtenção dos dados. Com esse resultado, obteve-se um gráfico de força em função da corrente, onde foi possível analisar o esforço que a lâmina conseguiu gerar para cada valor de corrente e durante a sua transformação Austenita-Martensita.  Por último, foi feito a caracterização termomecânica, onde as amostras dos compósitos ativos foram imersas em um sistema de banho termoregulável, adaptado a uma máquina universal. Nesse dispositivo foi possível realizar ensaios de tração na região elástica dos compósitos, variando a temperatura a cada 10°C dentro de um intervalo (-10 ºC a 110 ºC), e observar a ativação do compósito GFRP/NITI com fração volumétrica 9.2%