形状记忆合金的发展及研究(简述)讲解

1、形状记忆合金的发展及研究形状记忆合金的发展及研究 左洋 2010012447 材料1003班 引言 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能 材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因 其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动 化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得 了广泛应用。 下面就由我来向大家介绍一 下形状记忆合金的发展情况。 形状记忆合金形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,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 的一类合金。 形状记忆合金的发展史 1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中

2、首次观察到记忆效应 1951年美国的Chang相Read在Au475Cd(原子)合金中发现 了行状记忆效应。 1962年美国海军机械研究所r发现了Ni-Ti合金中的的形状 记忆效应开创了“形状记忆”的实用阶断。 1969年美国一家 公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于 美国F14 战斗机上 1970年美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。 20世纪7 年代相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu- Zn-Al 基形状记忆合金80 年代开发出了Fe-Mn-Si 基、不 锈钢基等铁基形状记忆合金 从20世纪90 年代至今高温形状记忆合金、宽滞后记忆合 金以及记忆合金薄膜

3、等已成为研究热点。 形状记忆合金的分类 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。 形状记忆效应的应用 (1) 自由回复。 SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自 由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是 人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天 局(NASA) 将Ti2Ni 合金板或棒卷成竹笋状或旋 涡状发条,收缩

4、后安装在卫星内。发射卫星并 进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使 之向宇宙空间撑开。血栓过滤器把Ni2Ti 合金 记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔, 经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块 流动。 强制回复 强制回复最成功的例子是SMA 管接头。事 先把内径加工成比被接管外径小4 % ,当进行 连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气 中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两 端插入,升高温度,内径回复到扩径前的状态, 把被接管牢牢箍紧。利用SMA 制作的脑动 脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使 动脉瘤缺血坏死。 动力装置 有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环 往复

5、运动中对外产生力的作用。温度继电器和 温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫 星仪器舱窗门自动启闭、自动收进烟头的烟灰 盒及人工心脏等都属于这种应用类型。1997 年美国航空航天局(NASA) 的科学家利用长3cm , 直径0115mm(01006) 的Ni-Ti SMA 驱动火星探 测器上的太阳能电池挡板,加热SMA ,使其收缩, 通过传动装置,打开太阳能电池上的玻璃挡板, 电池充电。充电结束后,偏置弹簧重新使挡板 复位。挡板的有效开合可起到防尘的目的。 精密控制 因为SMA 的相变发生在一定温度范围而不 是某一固定温度点,我们往往只利用一部分 形状回复,使机械装置定位于指定的位姿。 微型

6、机器人、昆虫型生物机械、机器人手 抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥 镜都属于这一类。 超弹性应用 SMA 的伪弹性在医学上和日常生活中得到 了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了 SMA 的超弹性性质。主要有牙齿娇形丝、 人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti 丝、玩具及塑料眼镜镜框等。Ni2Ti 丝用于 娇形上,即使应变量高达10 %也不会产生塑 性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中, 应变增大较多时矫正力却增加很少。故能 保持适宜的矫正力,既可保证疗效,也可减轻 患者的不适感。 SMA 研究今后的发展方向和趋势 (1) 充分发掘、改进和完善现有SMA 的性能; (2) 研究开发新

7、的具有形状记忆效应的合金 材料; (3) SMA 薄膜的研究与应用; (4) SMA 智能复合材料的研究与开发; 俄罗斯St1Petersburg 机器人及控 制技术学院在Cu-Al-Ni 基合金材 料的研究基础上,研制出了拟人 机械手(115m 长) ,其手爪能移动 200kg的物体。 结语 记忆合金目前已发展到几十种在航空、 军事、工业、农业、医疗等领域有着用途 而且发展趋势十分可观。这些研究表明 我们已经做出了一个迈步但我们需要将 这一步迈的更大。加以时日它将大展宏 图、造福于人类。 参考文献 崔海宁. 形状记忆合金在建筑领域中的应用J. 山西建筑, 20062 高志刚. 形状记忆合金的应用J. 现代制造技术与装备, 吴根华. 形状记忆合金及其应用J. 安庆师范学院学报(自然科学版), 周海锋. 形状记忆合金及其应用J. 机电设备, 王永前赵连城. 高温形状记忆合金研究进展J. 功能材料, 杨凯,辜承林. 形状记忆合金的研究与应用J. 金属功能材料, 李建忱吕晓霞蒋青周明. 形状记忆合金研究的回顾与前瞻J. 吉 林工业大学学报, 张红王小杰涂水华. 形状记忆合金及其应用J. 河