形状记忆合金及应用

形状记忆合金及应用XXX（化学化工学院 材料化学 材料化学1001）摘要2030记忆合金及其机理以及在一些领域的应用。关键词形状记忆合金原理 应用Abstract Theshapememoryeffectsincethe1930sreportedgraduallygetpeople'sattentionandthispaperbrieflydescribestheapplicationofshapememoryalloyanditsmechanism,andinsomeareas.Keywords Shapememoryalloys Principle Application1.引言形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状应。研究表明,很多合金材料都具有SME,但只有在形状变化过程中产生较大回复Ni-Ti合金和铜CuZnAlCuAlNi)2.SMA发现历史形状记忆效应是张禄经和Read在1951年在AuCd合金中最早观察到的[2],直到1963年Buehler的课题组在Ni-Ti合金中发现了类似的形状记忆效应之后[3],才真正引起很多科学家的重视。晶体学特性SME[4]Ms时,马氏体将长大,直到热化学自由能和弹性非化学自由能两者之差最0T0As时,在相变驱动力作用下,马氏体缩小的逆转变过程才能开始图1相变温度曲线图(1)Ms,Mf束时的温度,As,AfAf程并不交迭,相变的滞后程度因合金系的不同而不同。通常,SMA能够完全恢复的形变量可达6%～8%(远非一般材料所能比拟,它的形变温度范围一般在100～200℃之间,主要受合金成份及热处理制度等因素影响。在形变回复时还会产生很大的回复力(有的200MPa)。形状记忆效应原理[5,6]SMA之所以产生形状记忆效应是因为合金中发生了热弹性马氏体相变和伪相变,这是在Cu-Zn4种不同的颜色,这表征各个变体的位向不4,24种马氏体变体。在外力作用下,形状记忆合金可以把马氏体相变的自1)呈马氏体状态的试样,在单向外力作用下自适应排列的马氏体的择优取向,整个试样呈明显的形变;(2)呈母相状态的试样,在单向外力作用下能诱发马氏体相变,所生成的马氏体都顺应力方向作择优取向,整个As-Af晶体的对称性低,因此在逆转变时马氏体中只形成几个母相的晶体位向,有时只形成一个回复了原来母相的晶体,宏观变形也就完全回复。正是基于这种机理,即会产生形状记忆效应。SMA分类研究TiNi基合金TiNi基合金由于表现出优良的形状记忆效应和超弹性TiNiTi-Ni-Nb700800900℃等温截面,确定了该三元系在以上3个温度下各相的相平衡成分和相平衡关系[7～9],并提出了可用于热弹性马氏体相变热力学定量分析的改进一P[10]。V对Ti44Ni47Nb9[11]lat%vNbTiNiNb忆回复率。铜基合金TiNi合金之后的又一种实用性较强的形状记忆合金TiNiCuZnA(0.0～0.08wt%改[12～13]。在CuAlBe合金中添加微量硼可显著细化合金的晶粒和组织,改变合金的组织形态,且在高温下能有效抑制晶粒长大,改善合金的记忆性能和力学性能。硼的加入量以0.05%～.010%范围效果最好[14]。铁基合金TiNi,Fe-Mn-Si系形状记忆合金最具有应用前景。Fe-Mn-Si2%,超过此应变量将会产生不可(Training温度加热后再MsFe-Mn-Si系形状记忆合金,经[15]。其它合金哈斯勒合金NiMnGa是同时兼有铁磁性和热弹性马氏体相变特性的金属间化合物,是为2数不多的铁磁性形状记忆合金之一。目前我国研究者对它的研究主要集中在提高磁感生应变和形状记忆功能方面[16～18]。研究中发现,如果在NiMnGa材料中适当地掺加一些Fe元素,在2保持材料的L2晶体结构不变的情况下,其机械性能可以得到很大程度的提高,而且材料仍1具有完全的双向形状记忆效应和较大的磁感生应变,这非常有利于应用。SMA应用SMA在机械工程中的应用SMASMA基本都作为体材料如丝、板、棒等使用。如军用机械SMANi-TiSMA振膜泵(图1)[19]、温度调节器、金SMA的形状记忆效应、伪弹效应和电阻特性。这些特性使SMA既具有感知、驱动的双重功效,又具有阻尼功能。图1形状记忆合金振膜泵示意图程中产生的变形或者回复力达到驱动目的SMA在医疗器械方面的应用20019月,由国际形状记忆与超弹性技术委员会和国际形状记忆材料委员会两个组织共记忆合金产品来看,医学产品占的比重最大,涉及心血管科、牙科、骨科、耳鼻喉科、放射[25]TiNi选材料。宇航工业中的应用压缩成一个小铁蛋,使它的体积缩小到只有原先的千分之一,这样就能轻巧地放进太空船的登月小艇当小铁蛋送上月球后,太阳的强烈辐射唤醒了铁蛋的记忆,遂使它恢复了原来的形涡流干扰,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,使各叶片能精确地日常生活应用在我国,形状记忆合金的日常生活应用主要集中在眼镜框架、移动电话天线、文胸支架等方面。目前,该方面的用量占我国形状记忆合金丝材销售量的很大比例。与传统的眼镜框架相比,超弹性TiNi合金眼镜框架具有夹持力小、重量轻、耐腐蚀,生惠。制成的超弹性眼镜框架已批量进入国际市场。TiNi不锈钢天线,由于弯曲常常出现损坏问题TiNi坏性,受到人们的普遍欢迎。目前,制作文胸支架的形状记忆合金有两种,一种是TiNi记忆合金,另一种是铜基记忆合金。相比较而言,尽管铜基合金价格低,但由于TiNi合金的记忆效应和超弹性优异,且近年来成本大幅度降低,用TiNi合金来制作文胸支架成为主流。3.4其他方面的应用TiNi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来一个新的应用领域。结束语SMA是面向21世纪的新型功能材料,由SMA一步微型化与集成化。SMA作为一种新型功能材料,具有其它材料很难取代的独特优点,应用前景十分广阔。今后,随着SMA基础理论研究的日趋成熟和应用开发力度的不断加大,必将不断开拓出新的应用领域。参考文献J].机械工程师，1996，3:20-21.OlanderA.Anelectrochemicalinvestigationofsolidcadmiumgoldalloys[J].JAmSoc,1932,(56):3819.BuehlerWJ,GrifrichJ,WileyKC.Effectoflow-TemperaturePhaseChangesontheMachanicalPropertiesofalloysnearCompositionTiNi[J].JApplPhys,1963,34:1467.,19921.9.[J].天津理工学院报,2001,3:3～6.[J].南通工学院学报,2001:17(1)16—19.YangGuanjun,HaoShiming.JAlloysandCompounds,2000,297:226.[8]1996,6(1):103.[9]杨冠军,郝士明.稀有金属材料与工程,1997,26(2):18.[10]YangGuanjun,HaoShiming.TransNonefrrousMetSocietyofChina,1995,5(2):55.[11,2001,24(1):23.[12]贾志宏,司乃潮.铸造,1999,(4):6.[13]司乃潮,贾志宏,孙少纯.中国稀土学报,2002,20(增刊):141.[14]谢春生,王海龙,吕秀芬,等.机械工程材料,2001,25(12):23.[15]孙国光,刘文西.天津城市建设学院学报,2007,7(4):259.[16]高淑侠,王文洪,柳祝红,等.物理学报,2002,51(2):332.[17]高智勇,陈枫,蔡伟,等.功能材料,2003,54(3):284.[18]高智勇,王中,郑玉峰,等.功能材料,2001,32(1):22.19][J].2008,21(1)[20]高志刚.形状记忆合金的应用[J].现代制造技术与装备,2007,167(1):44-45.[21]杨冠军,杨华斌,曹继敏.我国形状记忆合金研究与应用的新进展.材料导报,2004,18(2):42-44[22]赵可昕,杨永民.形状记忆合金在建筑工程中的应用[J].材料开发与应用,2007,22(3):40-45.Ti-NiJ]2007,201)48-49..Ti-Ni基形状记忆合金及其应用研究进展[J].金属热