Las aleaciones con memoria de forma (SMA, por sus siglas en inglés) de níquel-titanio (NiTi) son aleaciones metálicas cuyas características son únicas ya que se pueden estirar o doblar en frío y recuperan su forma original cuando se calientan. De ahí que estas aleaciones de NiTi se utilicen en un gran número de dispositivos, como implantes quirúrgicos, válvulas antiquemaduras y actuadores motorizados. Dado que estas aleaciones responden al calor, los investigadores utilizan cámaras de infrarrojos para analizar su comportamiento.
El reto: capturar un comportamiento térmico no uniforme en materiales complejos
Las SMA de NiTi se encuentran entre los materiales más prometedores para las tecnologías de refrigeración de estado sólido gracias a su excelente efecto elastocalórico (eCE) y su superelasticidad. No obstante, la caracterización exacta de su comportamiento térmico sigue siendo difícil, especialmente cuando se somete a una acción mecánica.
“Es bien conocido que la temperatura de algunas aleaciones especiales con memoria de forma varía en función de la fuerza aplicada”, explica el Dr. Ruien Hu, Director Científico de la Universidad Politécnica de Hong Kong. “Antes utilizábamos termopares para medir los cambios de temperatura, pero al tratarse de dispositivos que miden en un solo punto resultan insuficientes para capturar la distribución no uniforme de la temperatura en las muestras debido a la naturaleza heterogénea de las aleaciones de NiTi”.
Necesidad de una cámara termográfica de campo completo y alta velocidad
Para superar tales limitaciones, el Dr. Hu y su equipo se pusieron en contacto con FLIR en busca de una cámara de infrarrojos apropiada de nivel científico. Escogieron la FLIR X8583, una cámara de onda media y alta velocidad que incorpora lentes, filtros y software avanzados.
“Nuestro montaje experimental utiliza una máquina que comprueba la tracción para realizar ensayos de tracción y compresión sobre aleaciones de memoria de forma”, señala el Dr. Hu.
“La cámara de FLIR registra y analiza simultáneamente las variaciones de temperatura bajo tensión. Esta capacidad es fundamental para conocer la respuesta elastocalórica”.
La cámara FLIR X8583 proporcionó la termografía de alta velocidad a 1280 × 1024 que el equipo necesitaba para visualizar las distribuciones de la temperatura superficial no homogéneas durante los ciclos de carga mecánica ofreciendo una información que queda fuera del alcance de los sensores tradicionales”.
Descubrimiento científico: inhomegeneidad térmica determinada por la microestructura
En un estudio reciente, el equipo recurrió a la fusión láser por lecho de polvo (LPBF) para obtener aleaciones de NiTi con una composición casi equiatómica. El equipo descubrió una inhomogeneidad significativa en el efecto elastocalórico caracterizado por una diferencia de temperatura de hasta 4,2 K en una misma muestra.
“Las imágenes de infrarrojos revelaron que la distribución de la temperatura superficial no era homogénea durante los efectos elastocalóricos provocados por la compresión”, destaca el Dr. Hu. “Esto se debió principalmente a la microestructura no uniforme de las aleaciones de NiTi obtenidas mediante LPBF”.
La cámara termográfica de FLIR capturó regiones con bandas de baja y alta temperatura, lo cual ayudó al equipo a vincular el tamaño del grano, la densidad de dislocación y la distribución del precipitado al rendimiento funcional del material.
Curva de transformación de fase del polvo
Testimonio: ventajas de FLIR en el ámbito de la investigación
“La alta resolución de la cámara de infrarrojos de FLIR es especialmente ventajosa para nuestra investigación porque nuestras muestras son relativamente pequeñas. Además, la excepcional velocidad de fotogramas de la cámara nos permite capturar cambios rápidos de temperatura con la precisión que exige nuestro análisis. FLIR ha mejorado de forma significativa nuestras capacidades de experimentación ya que nos permite descubrir el comportamiento térmico intrínseco de nuestras muestras con un nivel superior de detalle y exactitud”, señala el Dr. Hu.
Resultado: mejor conocimiento e impacto científico
Gracias a las potentes herramientas de FLIR, el equipo de investigación pudo:
- Identificar el papel que desempeña la inhomogeneidad microestructural en la distribución de temperatura
- Capturar respuestas térmicas de campo completo en ensayos mecánicos cíclicos
- Obtener nuevos conocimientos sobre superelasticidad y fatiga funcional
- Demostrar una recuperación del 96,1% tras el primer ciclo como prueba de una excelente superelasticidad
Estos hallazgos contribuyen a ampliar fomentar la investigación para el desarrollo de tecnologías de refrigeración de estado sólido y el diseño adaptativo de materiales.
Soporte recibido y exploración futura
El equipo también reconoce que el soporte ofrecido por parte de FLIR ha sido parte de su éxito: “Nos hemos visto muy beneficiados por la orientación recibida por Liu Yongbo, representante de FLIR, quien nos ayudó a superar varios desafíos técnicos. Esperamos seguir colaborando y recibiendo soporte a medida que evolucione nuestra investigación”.
El Dr. Hu y su equipo también han mostrado su interés en participar en conferencias de usuarios y foros científicos de FLIR con el fin de compartir sus conocimientos y de fomentar la colaboración dentro de la comunidad investigadora.
Herramientas FLIR utilizadas
- Cámara FLIR X8583
- Lente MTR MWIR f/4 de 3-5 µm
- Research Studio (Versión Profesional)
- Rango de calibración termográfica: -20°C a 1500°C
Conclusión: detecte lo indetectable con la FLIR X8583
Gracias a su capacidad de visualización térmica rápida de campo completo, la cámara de infrarrojos de alta velocidad FLIR X8583 se ha convertido en una herramienta de investigación imprescindible en la Universidad Politécnica de Hong Kong. Permite a los científicos estudiar la dinámica térmica oculta de materiales avanzados como las aleaciones de NiTi, obteniendo así unos datos que es imposible capturar con sensores convencionales.
La FLIR X8583 no solo registra temperatura sino que revela la ciencia que hay tras ella. Desde revelar comportamientos microestructurales hasta acelerar la innovación en al ámbito de los materiales inteligentes y la refrigeración de estado sólido, FLIR sigue ampliando las posibilidades de la investigación térmica. Más información sobre la FLIR X8583