形状记忆合金功能材料学

形状记忆合金功能材料学第1页，共16页，2023年，2月20日，星期四第2页，共16页，2023年，2月20日，星期四将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状。这种现象称为“形状记忆效应”(SME)。具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金（SMA）第3页，共16页，2023年，2月20日，星期四弹性马氏体热弹性马氏体：一些能够发生马氏体逆转变的合金，当其母相快冷至Ms点以下时，所形成的马氏体随温度下降而逐渐长大，加热时马氏体又随温度回升而逐渐减小，以致消失。再次冷却和加热又重现相同的情况。这种随温度的降低或升高可以弹性似地长大或缩小（直至消失）的马氏体，称为热弹性马氏体。第4页，共16页，2023年，2月20日，星期四应力弹性马氏体：在外加应力作用下形成的马氏体称为应力诱发马氏体，有的应力诱发马氏体也属于弹性马氏体。第5页，共16页，2023年，2月20日，星期四形状记忆效应的分类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。

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。第6页，共16页，2023年，2月20日，星期四形状记忆效应的分类第7页，共16页，2023年，2月20日，星期四形状记忆合金的发展历程1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应。1938年，美国的Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中发现了形状记忆效应，但是这些都没有引起人们的重视。1951年美国的Lead在Au-Cd、In-Ti合金中发现形状记忆效应，他利用Au-47.5%Cd合金的记忆效应制作升降机模型，但由于合金元素价格高、有毒，没有进行实用化尝试而销声匿迹。1963年美国海军研究所的W.Bueher等人发现Ni-Ti合金也有形状记忆效应，并设计了新的机械实验装置，受到许多研究者的关注。1969年美国Raychem公司生产Ti-Ni-Fe记忆合金管接头用于F14战斗机上的液压管路系统连接，这是SMA第一次成功应用。70年代以后SMA真正进入实用化阶段。至80年代末SMA的研究才遍及世界。90年代初，该合金得到进一步的发展，现已出现第三代形状记忆合金，且进入商品化阶段。第8页，共16页，2023年，2月20日，星期四形状记忆合金的研究TiNi基合金

记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好。铜基合金：Cu-Zn、Cu-Al

形状记忆效应好、价格便宜、易于加工制造。与TiNi记忆合金相比，它的强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具有生物相容性。铁基合金：Fe-Ni-Co-Ti(热弹性）、Fe-Mn-Si（非热弹性）

强度高，易于加工成型，价格低廉。第9页，共16页，2023年，2月20日，星期四形状记忆合金的应用医疗应用工程应用日常生活应用第10页，共16页，2023年，2月20日，星期四医疗应用形状记忆合金作为一种新型智能材料，在医学领域的应用也十分活跃。至今在医学上得到应用的领域主要有:(1)牙科，只和生物体表面接触,如牙齿矫形正畸丝等(2)整形外科，如用以矫正变形骨骼用的矫正棒、人造关节、骨髓针等移植到生物体内部，长时间与生物体组织接触的部件(3)医疗器具的零部件，和生物体组织不直接接触第11页，共16页，2023年，2月20日，星期四工程应用现在形状记忆合金在工程领域已经得到广泛的应用。应用范围从精密复杂的机器到简单的连接件、紧固件，从节约能源的形状记忆合金发动机到电流保护器管，反映了形状记忆合金的奇异性能及小巧、灵活的特点。目前，我国形状记忆合金在工程上的应用主要集中在电器、机械、汽车、建筑、能源、航空航天等领域。Ni-Ti合金丝目相很硬，在其母相状态下将其制成天线，然后冷却至室温，使其转变为马氏体。Ni-Ti马氏体很软，极易折叠成团状，放入卫星中便于发射。卫星进入轨道后，团状天线被弹出，在太阳光照射下，使其温度升到As以上，团状天线自动张开回复原始形状。第12页，共16页，2023年，2月20日，星期四利用形状记忆合金双程记忆效应制成的，随温度变化可自行伸缩的感温驱动元件。充分展示了工业用形状记忆合金元件典型结构形式。采用CuZnAl记忆合金丝，表面镀锡，以热水或热风为热源，伸缩温度为65℃~85℃，自由状态为45mm，伸长状态为200mm。形状记忆合金应用在管接头和紧固件上，在机械零件的连接、管道的连接，飞机的空中加油的接口处，用形状记忆合金加工成内径比欲连接管的外径小4％的套管，然后在液氮温度下将套管扩径约8％，装配时将这种套管从液氮取出，把欲连接的管子从两端插入。当温度升高至常温时，利用电加热改变温度，接口处记忆合金变形，套管收缩即形成紧固密封，使接口紧密滴水(油)不漏，远胜于焊接，特别适合用于航空、航天、核工业及船舰和海底输油管道等。第13页，共16页，2023年，2月20日，星期四日常生活应用第14页，共16页，2023年，2月20日，星期四总结基于热弹性马氏体相变，人们开发了形状记忆合金，形状记忆效应可分为单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。自从形状记忆合金这一功能材料发现以来，经过几十年的发展，其应用领域除涵盖了医学、航空航天、运输、建筑、化学、家电以及日常生活用品等几乎产业界的所有领域。随着记忆合金工程应用的不断发展，不但促进了新型记忆合金的开发研究，而且使记忆合金逐渐向多品种、专业化方向的发展。可以预料，随着记忆合