形狀記憶合金及應(yīng)用XXX（化學化工學院 材料化學 材料化學1001）摘要2030記憶合金及其機理以及在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵詞形狀記憶合金原理 應(yīng)用Abstract Theshapememoryeffectsincethe1930sreportedgraduallygetpeople'sattentionandthispaperbrieflydescribestheapplicationofshapememoryalloyanditsmechanism,andinsomeareas.Keywords Shapememoryalloys Principle Application1.引言形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy,簡稱SMA)是指具有一定初始形狀的合金在低溫下經(jīng)塑性形變并固定成另一種形狀后,通過加熱到某一臨界溫度以上又可恢復(fù)成初始形狀應(yīng)。研究表明,很多合金材料都具有SME,但只有在形狀變化過程中產(chǎn)生較大回復(fù)Ni-Ti合金和銅CuZnAlCuAlNi)2.SMA發(fā)現(xiàn)歷史形狀記憶效應(yīng)是張祿經(jīng)和Read在1951年在AuCd合金中最早觀察到的[2],直到1963年Buehler的課題組在Ni-Ti合金中發(fā)現(xiàn)了類似的形狀記憶效應(yīng)之后[3],才真正引起很多科學家的重視。晶體學特性SME[4]Ms時,馬氏體將長大,直到熱化學自由能和彈性非化學自由能兩者之差最0T0As時,在相變驅(qū)動力作用下,馬氏體縮小的逆轉(zhuǎn)變過程才能開始圖1相變溫度曲線圖(1)Ms,Mf束時的溫度,As,AfAf程并不交迭,相變的滯后程度因合金系的不同而不同。通常,SMA能夠完全恢復(fù)的形變量可達6%～8%(遠非一般材料所能比擬,它的形變溫度范圍一般在100～200℃之間,主要受合金成份及熱處理制度等因素影響。在形變回復(fù)時還會產(chǎn)生很大的回復(fù)力(有的200MPa)。形狀記憶效應(yīng)原理[5,6]SMA之所以產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)是因為合金中發(fā)生了熱彈性馬氏體相變和偽相變,這是在Cu-Zn4種不同的顏色,這表征各個變體的位向不4,24種馬氏體變體。在外力作用下,形狀記憶合金可以把馬氏體相變的自1)呈馬氏體狀態(tài)的試樣,在單向外力作用下自適應(yīng)排列的馬氏體的擇優(yōu)取向,整個試樣呈明顯的形變;(2)呈母相狀態(tài)的試樣,在單向外力作用下能誘發(fā)馬氏體相變,所生成的馬氏體都順應(yīng)力方向作擇優(yōu)取向,整個As-Af晶體的對稱性低,因此在逆轉(zhuǎn)變時馬氏體中只形成幾個母相的晶體位向,有時只形成一個回復(fù)了原來母相的晶體,宏觀變形也就完全回復(fù)。正是基于這種機理,即會產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)。SMA分類研究TiNi基合金TiNi基合金由于表現(xiàn)出優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)和超彈性TiNiTi-Ni-Nb700800900℃等溫截面,確定了該三元系在以上3個溫度下各相的相平衡成分和相平衡關(guān)系[7～9],并提出了可用于熱彈性馬氏體相變熱力學定量分析的改進一P[10]。V對Ti44Ni47Nb9[11]lat%vNbTiNiNb憶回復(fù)率。銅基合金TiNi合金之后的又一種實用性較強的形狀記憶合金TiNiCuZnA(0.0～0.08wt%改[12～13]。在CuAlBe合金中添加微量硼可顯著細化合金的晶粒和組織,改變合金的組織形態(tài),且在高溫下能有效抑制晶粒長大,改善合金的記憶性能和力學性能。硼的加入量以0.05%～.010%范圍效果最好[14]。鐵基合金TiNi,Fe-Mn-Si系形狀記憶合金最具有應(yīng)用前景。Fe-Mn-Si2%,超過此應(yīng)變量將會產(chǎn)生不可(Training溫度加熱后再MsFe-Mn-Si系形狀記憶合金,經(jīng)[15]。其它合金哈斯勒合金NiMnGa是同時兼有鐵磁性和熱彈性馬氏體相變特性的金屬間化合物,是為2數(shù)不多的鐵磁性形狀記憶合金之一。目前我國研究者對它的研究主要集中在提高磁感生應(yīng)變和形狀記憶功能方面[16～18]。研究中發(fā)現(xiàn),如果在NiMnGa材料中適當?shù)負郊右恍〧e元素,在2保持材料的L2晶體結(jié)構(gòu)不變的情況下,其機械性能可以得到很大程度的提高,而且材料仍1具有完全的雙向形狀記憶效應(yīng)和較大的磁感生應(yīng)變,這非常有利于應(yīng)用。SMA應(yīng)用SMA在機械工程中的應(yīng)用SMASMA基本都作為體材料如絲、板、棒等使用。如軍用機械SMANi-TiSMA振膜泵(圖1)[19]、溫度調(diào)節(jié)器、金SMA的形狀記憶效應(yīng)、偽彈效應(yīng)和電阻特性。這些特性使SMA既具有感知、驅(qū)動的雙重功效,又具有阻尼功能。圖1形狀記憶合金振膜泵示意圖程中產(chǎn)生的變形或者回復(fù)力達到驅(qū)動目的SMA在醫(yī)療器械方面的應(yīng)用20019月,由國際形狀記憶與超彈性技術(shù)委員會和國際形狀記憶材料委員會兩個組織共記憶合金產(chǎn)品來看,醫(yī)學產(chǎn)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選材料。宇航工業(yè)中的應(yīng)用壓縮成一個小鐵蛋,使它的體積縮小到只有原先的千分之一,這樣就能輕巧地放進太空船的登月小艇當小鐵蛋送上月球后,太陽的強烈輻射喚醒了鐵蛋的記憶,遂使它恢復(fù)了原來的形渦流干擾,以及葉片型線的微小偏差這就需要一種平衡葉片螺距的裝置,使各葉片能精確地日常生活應(yīng)用在我國,形狀記憶合金的日常生活應(yīng)用主要集中在眼鏡框架、移動電話天線、文胸支架等方面。目前,該方面的用量占我國形狀記憶合金絲材銷售量的很大比例。與傳統(tǒng)的眼鏡框架相比,超彈性TiNi合金眼鏡框架具有夾持力小、重量輕、耐腐蝕,生惠。制成的超彈性眼鏡框架已批量進入國際市場。TiNi不銹鋼天線,由于彎曲常常出現(xiàn)損壞問題TiNi壞性,受到人們的普遍歡迎。目前,制作文胸支架的形狀記憶合金有兩種,一種是TiNi記憶合金,另一種是銅基記憶合金。相比較而言,盡管銅基合金價格低,但由于TiNi合金的記憶效應(yīng)和超彈性優(yōu)異,且近年來成本大幅度降低,用TiNi合金來制作文胸支架成為主流。3.4其他方面的應(yīng)用TiNi形狀記憶合金作為隔音材料及探測地震損害控制的潛力已顯示出來一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。結(jié)束語SMA是面向21世紀的新型功能材料,由SMA一步微型化與集成化。SMA作為一種新型功能材料,具有其它材料很難取代的獨特優(yōu)點,應(yīng)用前景十分廣闊。今后,隨著SMA基礎(chǔ)理論研究的日趨成熟和應(yīng)用開發(fā)力度的不斷加大,必將不斷開拓出新的應(yīng)用領(lǐng)域。參考文獻J].機械工程師，1996，3:20-21.OlanderA.Anelectrochemicalinvestigationofsolidcadmiumgoldalloys[J].JAmSoc,1932,(56):3819.BuehlerWJ,GrifrichJ,WileyKC.Effectoflow-TemperaturePhaseChangesontheMachanicalPropertiesofalloysnearCompositionTiNi[J].JApplPhys,1963,34:1467.,19921.9.[J].天津理工學院報,2001,3:3～6.[J].南通工學院學報,2001:17(1)16—19.YangGuanjun,HaoShiming.JAlloysandCompounds,2000,297:226.[8]1996,6(1):103.[9]楊冠軍,郝士明.稀有金屬材料與工程,1997,26(2):18.[10]YangGuanjun,HaoShiming.TransNonefrrousMetSocietyofChina,1995,5(2):55.[11,2001,24(1):23.[12]賈志宏,司乃潮.鑄造,1999,(4):6.[13]司乃潮,賈志宏,孫少純.中國稀土學報,2002,20(增刊):141.[14]謝春生,王海龍,呂秀芬,等.機械工程材料,2001,25(12):23.[15]孫國光,劉文西.天津城市建設(shè)學院學報,2007,7(4):259.[16]高淑俠,王文洪,柳祝紅,等.物理學報,2002,51(2):332.[17]高智勇,陳楓,蔡偉,等.功能材料,2003,54(3):284.[18]高智勇,王中,鄭玉峰,等.功能材料,2001,32(1):22.19][J].2008,21(1)[20]高志剛.形狀記憶合金的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2007,167(1):44-45.[21]楊冠軍,楊華斌,曹繼敏.我國形狀記憶合金研究與應(yīng)用的新進展.材料導(dǎo)報,2004,18(2):42-44[22]趙可昕,楊永民.形狀記憶合金在建筑工程中的應(yīng)用[J].材料開發(fā)與應(yīng)用,2007,22(3):40-45.Ti-NiJ]2007,201)48-49..Ti-Ni基形狀記憶合金及其應(yīng)用研究進展[J].金屬熱