形状记忆合金胡海搏20133496

形状记忆合金----胡海搏20133496摘要：扼要地叙述了形状记忆合金及其机理,介绍了几种形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。关键词：形状记忆合金；功能材料；变形；恢复,(ShapeMemoryAlloySMA),MemoryEffect,SME),,,很多合金材料都具有SME,但只,,应用得最多的是Ni-Ti合金，铜基合金和铁基合金。形状记忆合金的发展20301938年GreningerhMoora-dian在Cu-ZnKurdiumov对这1951年,ChangReadAu-47.5at%Cd氏体界面随温度的变化而发生迁动。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后,Burkhart在In-Ti,材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直到1963年,美国海军武器实验室的Buehler等人发现等原子比的Ti-Ni并成功研制出具有实用价Nitinol以后,对形状记忆合金的研究从此进入了一个新的阶[1] 20世纪80年代科研工作者突破了TiNi合金研究中的难点。从此以后,形状记忆合金开始广泛应用于生产、生活的各个领域。在各国申请的有关形状记忆合金,科技论文数已位居马氏体相变研究领域之首,而且该类材料所涉及的应用领域极其广泛。迄,1050医疗、航空航天、汽车、家电和建筑等各个行业。形状记忆合金的机理马氏体相变是一种非扩散型转变，母相向马氏体转变，可理解为原子排列面的切应变。以Cu-Zn其惯习面以母相的该方向对称排列，四种变体合称为一个马氏体片群。如图1。图1一个马氏体片群通常的形状记忆合金根据马氏体与母相的晶体学关系，共有六个这样的片群，形成24合金在单向外力作用下，其中马氏体顺应力方向发生再取向，造成马氏体的择优取向。当大部分或全部的马氏体都采取个取向时，整个材料在宏观上表现为形变。图2热弹性记忆合金记忆效应机理将变形马氏体加热到As以上原理适用于热弹性记忆合金，而半热弹性记忆合金主要是由Shockley不全位错的低，母相中存在大量层错，马氏体依靠层错形核。形状记忆合金的分类

图3半热弹性记忆合金记忆效应机理只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。程记忆效应。全程记忆效应加热时恢复高温相形状称为全程记忆效应。图4形状记忆合金的类型形状记忆合金的应用在航空航天中的应用月面天线先用镍钛合金在高温下制成半球形的月面天线（这种合金非常强硬，刚度很好，再让天线冷却到28℃图5月面天线加工及其工作示意图自适应智能机翼形状控制被认为是航空工业中的智能结构中非常有前景的一项应用图6自适应智能机翼的整机模型[2]Ti-Ni合金螺旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状Ti-Ni合金这种机械手的最大特点是小型化，非常适于航天的无人操作活动。其另一个重要特征是动作柔软，非常接近人手的动作,可完成许多细腻的工作，如取出鸡蛋等。图7智能机械手的工作原理记忆铆钉[3](),较容易地实现材料的链接和紧固。铆钉尾部记忆成型为开口状,紧固前,将铆钉在干冰中冷却后把尾部拉直,插入被紧固件的孔中,温度上升产生形状恢复,铆钉尾部叉开即可实现紧固。图8记忆铆钉工作示意图[4]飞机上通常装有各种不同直径的管道，对于一些异径管接头的连接，形状记忆合金可以大显身手。图9记忆合金管接头的工作原理（即奥氏体温度）初始形状，紧紧包覆在管接头。[5]记忆食道架能在喉部膨胀成新的食道。必要时只要向食道里加上冰块，“食道”又会遇冷收缩，从而可轻易取出，使失去进食功能的食道癌患者提高了生活质量。图10记忆食道支架缝合线、人造骨骼等等。[6]温度调节装置SMA热驱动器基本工作原理就是一个在特定温度或特定温度范围内的“开~关”运动。SMA弹簧跟可调偏压弹簧相对，二者均直接接触冷热水混合流。水温太高时SMA弹簧向右推动活塞，限制热水流，降低混合水的水温。水温太低时发生相反的运动。送出的水温用改变偏压弹簧缩量的温度控制旋钮调节。图11温度调节装置示意图过热保护装置用形状记忆合金弹簧可以设计一种过热保护的SMA驱动器，以避免淋浴时意外烫伤。正常工作时，热水的温度小于SMA的奥氏体相变温度，当水温达到可能烫伤人的温度(大约48℃)时，SMA让偏压弹簧失效使热水直接流过阀。图12过热保护装置原理图空调风向调节机构SMA从而改变气流方向。

图13空调风向调节机构示意图在形状记忆合金的研究和应用中,目前尚存在许多有待解决的问题,例如:,卸载,且材料变化具有迟滞性,因此形状记忆合金只适用于低频(10Hz以下)窄带振动中,这就大大限制了材料的应用。形状记忆合金自身存在损伤和裂纹等缺陷,如何克服这些缺陷,迫切需要解决的问题。,点,;,还需继续研究形状记忆合金的生物相容性和细胞毒性。形状记忆合金作为一种新型功能材料,其加工和制备工艺较难控制,此外材料成本也相当昂贵。为了提高应用水平,形状记忆合金元器件还需要进一步微型化,精度在这方面仍有许多工作要做。形状记忆合金研究今后的发展方向和趋势可归纳为以下几方面:(1)充分发掘、改进和完善现有形状记忆合金的性能;(2)研究开发新的具有形状记忆效应的合金材料;(3)形状记忆合金薄膜的研究与应用;(4)形状记忆合金智能复合材料的研究与开发;(5)高温形状记忆合金的开发。结语综上所述,形状记忆合金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,随着形状记忆合金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[1]杨大智.智能材料与智能系统[M].天津大学出版社,2000[2]刘建辉,李宁,文玉华.形状记忆合金的应用[J],2001,28(3):56～58赵连城,[M].,2002周旭昌,.[J],