记忆金属PPT课件

.,1,&,COPYRIGHTRESERVED,材料工艺,MaterialandTechnology,WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,.,2,材料工艺,MaterialandTechnology,记忆金属概述,CiciCopyrightReserved,1,1.1记忆金属的定义1.2记忆金属的发展1.3记忆金属的应用1.4记忆金属的产品,.,3,材料工艺,MaterialandTechnology,记忆金属又叫形状记忆合金形状记忆合金(ShapeMemoryAlloys，简称SMA)是一种能够记忆原有形状的智能材料。当合金在低于相变态温度下，受到一有限度的塑性变形后，可由加热的方式使其恢复到变形前的原始形状，这种特殊的现象称为形状记忆效应（ShapeMemoryEffect，简称SME）。而当合金在高于相变态温度下，施以一应力使其受到有限度的塑性变形（非线性弹性变形）后，可利用直接释放应力的方式使其恢复到变形前的原始形状，此种特殊的现象又称为拟弹性（PseudoElasticity，简称PE）或超弹性（SuperElasticity），表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。这两种形状记忆合金所拥有的独特性质在普通金属或合金材料上是无法发现的。,记忆金属概述,1.1记忆金属的定义,CiciCopyrightReserved,2,.,4,材料工艺,MaterialandTechnology,原理记忆金属是利用某些合金在固态时其晶体结构随温度发生变化的规律。其高温相具有较高的结构对称性，通常为有序立方结构。例如，镍-钛合金在40oC以上和40oC以下的晶体结构是不同的，但温度在40oC上下变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。这里，40oC就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。各种合金都有自己的变态温度。上述那种高温合金的变态温度很高。在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。在室温下强行把它拉直时，它却处于不稳定状态，因此，只要把它加热到变态温度，它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。,记忆金属概述,1.1记忆金属的定义,CiciCopyrightReserved,3,.,5,材料工艺,MaterialandTechnology,形状记忆合金可以分为三种：（1）单程记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。（2）双程记忆效应某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。（3）全程记忆效应加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。目前已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。,记忆金属概述,1.1记忆金属的定义,CiciCopyrightReserved,4,.,6,材料工艺,MaterialandTechnology,特点总结1.弯曲量大，塑性高2.在记忆温度以上恢复以前形状。3.物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致了外形的变化。4.无磁性、耐磨耐蚀、无毒性,记忆金属概述,1.1记忆金属的定义,CiciCopyrightReserved,5,.,7,材料工艺,MaterialandTechnology,Au-CdAg-CdCu-ZnCu-Zn-AlCu-Zn-SnCu-Zn-SiCu-SnCu-Zn-GaIn-TiAu-Cu-ZnNiAlFe-PtTi-NiTi-Ni-PdTi-NbU-NbFe-Mn-Si,记忆金属概述,1.1记忆金属的定义,至今为止发现的记忆合金体系,CiciCopyrightReserved,6,.,8,材料工艺,MaterialandTechnology,早在1951年美国人在一次试验中偶然发现了金-镉合金有形状记忆特性，当时并未引起重视，1953年又在铟-铊合金发现这类效应，1963年发现镍-钛合金具有形状记忆特性后，掀起了这类合金研究的热潮，并产生了多种实用化的新思想，新的形状记忆合金应运而生，后来还发现了具有双向记忆效应，即铆钉如用双向记忆合金制作时，把铆好的铆钉重新降温后，铆钉又会变直，,记忆金属概述,1.2记忆金属的发展,CiciCopyrightReserved,7,.,9,材料工艺,MaterialandTechnology,工业应用：（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。（2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。,记忆金属概述,1.3记忆金属的应用,CiciCopyrightReserved,8,.,10,材料工艺,MaterialandTechnology,医学应用：TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。,记忆金属概述,1.3记忆金属的应用,CiciCopyrightReserved,9,.,11,材料工艺,MaterialandTechnology,工业应用：（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。（2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。,记忆金属概述,1.3记忆金属的应用,CiciCopyrightReserved,10,.,12,材料工艺,MaterialandTechnology,航天应用：形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞机高震动和高噪声使用受到限制，其噪声和震动的来源主要是叶片涡流干扰，以及叶片型线的微小偏差。这就需要一种平衡叶片螺距的装置，使各叶片能精确地在同一平面旋转。目前已开发出一种叶片的轨迹控制器，它是用一个小的双管形状记忆合金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置，使其震动降到最低。,记忆金属概述,1.3记忆金属的应用,CiciCopyrightReserved,11,.,13,材料工艺,MaterialandTechnology,记忆合金框架眼镜,记忆金属概述,1.4记忆金属的产品,在眼镜框架的鼻梁和耳部装配TiNi合金可使人感到舒适并抗磨损，由于TiNi合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜时尚界。用超弹性TiNi合金丝做眼镜框架，即使镜片热膨胀，该形状记忆合金丝也能靠超弹性的恒定力夹牢镜片。这些超弹性合金制造的眼镜框架的变形能力很大，而普通的眼镜框则不能做到。,CiciCopyrightReserved,12,.,14,材料工艺,MaterialandTechnology,加热会变直的勺子,记忆金属概述,1.4记忆金属的产品,CiciCopyrightReserved,13,.,15,材料工艺,MaterialandTechnology,宇宙飞船天线,记忆金属概述,1.4记忆金属的产品,1969年7月20日，美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首次留下了人类的脚印，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。这个庞然大物般的天线是怎么被带到月球上的呢?就是用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放置于月球后，在阳光照射下，达到该合金的转变温度，天线“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球。,CiciCopyrightReserved,14,.,16,材料工艺,MaterialandTechnology,牙齿矫形丝,记忆金属概述,1.4记忆金属的产品,牙齿矫形丝用超弹性TiNi合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝，其中用超弹性TiNi合金丝是最适宜的。通常牙齿矫形用不锈钢丝CoCr合金丝，但这些材料有弹性模量高，弹性应变小的缺点。为了给出适宜的矫正力，在矫正前就要加工成弓形，而且结扎固定要求熟练。如果用TiNi合金作牙齿矫形丝，即使应变高达10%也不会产生塑性变形，而且应力诱发马氏体相变(stress-inducedmartensite)使弹性模量呈现非线型特性，即应变增大时矫正力波动很少。这种材料不仅操作简单，疗效好，也可减轻患者不适感。,CiciCopyrightReserved,15,.,17,材料工艺,MaterialandTechnology,哈伦顿棒,记忆金属概述,1.4记忆金属的产品,脊柱侧弯矫形各种脊柱侧弯症(先天性、习惯性、神经性、佝偻病性、特发性等)疾病，不仅身心受到严重损伤，而且内脏也受到压迫，所以有必要进行外科手术矫形。目前这种手术采用不锈钢制哈伦敦棒矫形，在手术中安放矫形棒时，要求固定后脊柱受到的矫正力保持在3040kg以下，一但受力过大，矫形棒就会破坏，结果不仅是脊柱，而且连神经也有受损伤的危险。同时存在矫形棒安放后矫正力会随时间变化，大约矫正力降到初始时的30%时，就需要再进行手术调整矫正力，这样给患者在精神和肉体上都造成极大痛苦。采用形状记忆合金制作的哈伦顿棒，只需要进行一次安放矫形棒固定。如果矫形棒的矫正力有变化，以通过体外加热形状记忆合金，把温度升高到比体温约高5，就能恢复足够的矫正力。,CiciCopyrightReserved,16,.,18,材料工艺,MaterialandTechnology,防烫伤阀,记忆金属概述,1.4记忆金属的产品,防烫伤阀在家庭生活中，已开发的形状记忆阀可用来防止洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤；这些阀门也可用于旅馆和其他适宜的地方。如果水龙头流出的水温达到可能烫伤人的温度(大约48)时，形状记忆合金驱动阀门关闭，直到水温降到安全温度，阀门才重新打开。,CiciCopyri