形状记忆合金在汽车行业中应用

1、 汽车运行的舒适性、稳定性与安全性是评价汽车性能的一项重要指标，是汽车产业竞争的一个极其重要的方面。传统的设计与开发方法在解决这些问题时，都往往会使问题向矛盾的另一面发展。如通过采用较大阻尼的材料、利用隔声隔振技术甚至重新进行结构设计来减振降噪，以便提高舒适性，但结果往往与汽车轻量化的目标相矛盾。而形状记忆合金的出现，为解决上述这些问题提供了新的途径。 1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到记忆效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应

2、用，正广为世人所瞩目，被誉为神奇的功能材料。SMA形状记忆合金(SMA)是智能材料结构中首先应用的问世不久的一种功能型金属材料。其特点是具有形状记忆效应，即材料能够记住它在高温状态下的形状，当处于低温下的形状记忆合金在外力作用下产生变形后，如果将其加热超过材料的相变点，它就会恢复到原来高温状态下的形状。形状记忆合金作为驱动器元件最重要特点是:可实现多种变形形式，变形量大，加热驱动时，驱动力较大。（a）形状记忆合金（b）马达（c）蚂蚁（d）人形状记忆合金的结构特征 形状记忆合金可分为3种： 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

3、象称为单程记忆效应。 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。 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。 形状记忆合金能够改善轿车的节能性、安全性、舒适性、工作稳定性以及自动化程度，该合金具有在低温下变形后在较高温度恢复原来形状功能，其显微组织分别是具有不同弹性模量的马氏体和母相，弹性和超弹性变形量分别达到2%和8%。 在形状记忆合金中，研究较多的是镍钛、铜基和铁基3类合金。它们可作为温度敏感元件应用于汽车的自动控制领域。例如：国外已将这些合金应用于汽车雾灯和汽车空调开关等方面。另外应用于汽

4、车行业中的形状记忆合金（主要是NiTi和CuZnAlMnTi合金）能够在以下几个方面发挥作用： 当外界气温降低导致油的粘度增加时，记忆合金弹簧和一个偏置弹簧组成的装置打开发动机附加油路，增加供油。其原理是记忆合金弹簧在低温下有较低的弹性量，而另一弹簧弹性模量不变，因此偏置弹簧推动记忆合金弹簧打开附加油路；当温度较高时，记忆合金弹簧弹性模量增大，从而推动偏置弹簧关闭附加油路，以保证供油不会随温度变化而变化。 当温度增加时，齿轮箱中的齿轮由于材料的膨胀系数不同导致振动增大。记忆合金垫片的弹性恢复力随温度升高而增大，从而紧固力增加，达到降低噪声的目的。 当发动机或车内温度增加时，发动机风扇或空调会自

5、动打开降温；温度降低时发动机风扇或空调自动停止或关闭。其原理与自动供油器相似。 当发动机或车内温度增加时，发动机风扇或空调会自动打开降温；温度降低时发动机风扇或空调自动停止或关闭。其原理与自动供油器相似。 汽车刹车会浪费量,利用合金%的伪弹性变形量将刹车动能转变为储能弹簧的弹性能。该弹性能在行驶时释放驱动车轮而节能。用形状记忆合金制造汽车的外壳，万一被撞瘪，只要浇上一桶热水就可恢复到原来的形状。总之，应用于汽车行业中的形状记忆合金能够改善汽车的节能性、安全性、舒适性、工作稳定性以及自动化程度。目前，智能材料与结构的研究虽然还处于发展的起步阶段，离实用化还有一定距离，但其应用前景所涉及的领域却非常广泛。尽管其应用当前主要集中于航空航天领域，但就汽车的结构形式来说，智能材料与结构在汽车行业有着重要的潜在应用。智能材料与结构应用于汽车行业，也给智能材料与结构的发展带来了新的动力，如为满足汽车工程方面的需要，各种智能材料的性能如何进一步提高，智能结构的实现形式尚需进一步探索，应用于汽车上的智能材料与结构系统的建模与仿真，传感/驱动器结构、数量及位置优化，控制算法与控