金属材料学 第12章 金属功能材料.ppt

1、第十二章金属功能材料、功能材料在能量和信息的显示、转换、传输、记忆等方面多具有独特的功能。 这些特殊功能基于它们的物理性能，例如，电气、磁性、光学、热光和声学性能。 新材料中功能材料约占85%，种类繁多。 功能材料对现代科学技术的进步、社会发展起着很大的作用。 一种形状记忆合金、定义、合金在低温下受到应力而产生变形，在消除应力后残留变形，但加热后逐渐消除变形，恢复原来的形状，这种现象称为形状记忆效应(shape memory effect )，简称SME。 具有形状记忆效应的合金被称为形状记忆合金(shape memery alloy )，简称SMA .是一种利用记忆效应工作的零件、机构和装置

2、，其应用领域涉及温度继电器、玩具、机械、电子、自动控制、机器人、医学应用等多个领域。 应用1、形状记忆的基本概念、热弹性马氏体：马氏体晶核随温度下降而逐渐生长，温度恢复时马氏体片随温度上升而缩小马氏体晶格的不变缺口成为双子，亚结构为孪晶或层错母相和马氏体均为规则的晶格结构形状记忆效果形式：单向形状记忆效果双向形状记忆效果(或可逆形状记忆效果)全方位形状记忆效果。 形状记忆效应的三种形式，单向记忆双向记忆全方位记忆，2，常用形状记忆基体金属(1) Ti-Ni基形状记忆合金，尤其具有记忆效应优良、性能稳定、可靠性高、生物相容性好等一系列优点。 但是，成本高，加工困难。 Ti-Ni合金是所有记忆合金

3、中疲劳最强的材料。 用于航空宇宙、海军舰艇、海上石油平台等，合金化，在Ti-Ni合金中加入Nb、Cu、Fe、Mo、v、Cr等元素。 CuZnAl合金虽已实用化，但由于脆性2相的析出，加工性极差，其应用范围受到显着限制的强度低，稳定性及耐疲劳性能差，缺乏生物相容性。 (3) Fe系形状记忆合金、类型、具有热弹性的可逆m相变的材料包含Fe-Pt、Fe-Pd、Fe-Ni-Co-Ti等和具有非热弹性可逆m相变的Fe-Mn-Si等，特别是极其昂贵的Pt、Pd、Co，因此在工业上的应用Fe-Mn-Si系的弹性模量和强度明显高于铜基和Ni-Ti合金，合金原料丰富且价格低廉。 硅降低了合金的塑性，一般为6Si

4、。 Fe-Mn-Si合金的缺点是抗蚀性差，容易发生氧化腐蚀。 欧洲宇宙修订计划开发的形状记忆合金材料(Ni-Ti合金)可以像橡皮筋一样伸长，伸长后加热到一定的温度就会恢复原来的形状。 这是魔力水轮机，周和重新开始运转。 水轮机叶片由Cu基形状记忆合金构成，当外部空气温度变化时水轮机叶片的外形也变形，旋转驱动水轮机。 形状记忆合金的应用实例、新型功能材料的开发、水下舰艇声纳系统中超磁致伸缩合金GMM声纳装置(Giant Magnetostrictive Material，GMM )、江苏大学研制的铜基形状记忆合金过热保护器、12.2储氢合金、人类可持续发展的关键在于开发与利用贮氢合金是一种金属氢

5、化物贮氢材料，是目前发展迅速的贮氢方式，目前研究和使用的贮氢合金主要是镁系、稀土系、钛系。贮氢合金的原理是，许多金属或合金可固溶的H2形成含氢固溶体(MHx )，其溶解度h与其平衡氢压PH2的平方根成正比。 在一定的温度和压力条件下固溶相和氢反应，金属氢化物吸藏氢。 这是一个可逆的过程。 正向储氢、散热； 反方向放出氢，吸热。 通过改变温度、压力，可以在正向、反向反复反应，实现材料的储氢和放氢功能。 1、镁系贮氢合金，优点3360贮氢量大、重量轻、资源丰富、价格低等缺点3360分解温度过高(250 )，贮氢速度慢，限制了镁系合金的实用。 特别是原理上镁和氢在高氢压下与300400反应生成MgH

6、2，是离子性氢化物，过于稳定，难以放出氢。 目前，通过合金化改善了Mg基合金加氢反应的动力学和热力学。 Ni、Cu、Re等元素对Mg的加氢反应有良好的催化作用。 Mg-Ni-Cu-M(M为Cu/Mn/Ti )系、Mg-Ni-Cu系、Mg-Re系等镁基贮氢合金，2、稀土类贮氢合金，特别是缺陷：成本高，大规模的应用受到限制。型、LaNi5三元系：最主要的是LaNi5-xAlx合金，A1的置换改变了平衡压力和发热量。 MmNi5系： MmNi5用混合稀土类和多元合金化(A1、Cu等)置换LaNi5中的LaMm1-xAxNi5型，提高平衡压力，改善贮氢性能。 3 .钛系贮氢合金、钛铁系合金、TiFe可以在室温下与氢反应生成氢化物。 过渡金属的添加可以改善合金的活性化性能，增加氢化物的稳定性，在Ti-Mn二元合金中，TiMn1.5贮氢性能最好，在室温下