钛镍铪高温形状记忆合金的研究进展
超强记忆新材料镍钛铜合金
超强记忆新材料镍钛铜合金
德国基尔大学研究人员新发明了一种镍钛铜记忆合金，其变形次数可以达到千万次而不会断裂，这一新材料在微电子和光学器件、传感器、医疗器件等众多领域将有广泛的应用前景。
而我们熟悉的大多数合金在两种晶格状态下转变几千次，就会出现裂纹甚至断裂，这是因为在金属高温相（奥氏体）会出现越来越多的低温相（马氏体）晶体结构，两相之间的转换不完全会导致合金断裂。
该记忆合金单元是由54个钛原子、34个镍原子以及12个铜原子组成，研究人员在22～87℃下，通过高倍电子显微镜和X光射线检测发现，这种成分组成的记忆合金可以经受千万次的变形而不会出现裂纹。
研究人员在显微镜下还能看到马氏体完全转化为奥氏体时，两个钛原子和铜原子在晶格中沉积，构成了晶体在两个相中的基本结构，称为外延生长。
《科学》杂志评价认为，这项发明大大拓宽了记忆合金的应用领域，电磁耦合器、温度传感器、微电子和光学器件、信息存储介质，以及医疗领域中的人工心脏瓣膜等都有广泛应用潜力。
在石油工程领域，随着石油仪器、设备、工具使用频率高、负荷重、使用条件复杂多变（温度、压力常发生变化）现象的增多，对零部件材料的抗形变能力的要求越来越高，这一超强记忆合金为提高材料的力学性能、延长材料使用寿命提供了新思路。
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镍钛锆高温形状记忆合金的研究进展
镍钛锆高温形状记忆合金的研究进展冯昭伟１，崔 跃２，尚再艳２，袁志山１，李君涛２，王江波２，缪卫东２，马嘉丽２（１ 有研亿金新材料有限公司，北京１０２２００；２ 有研医疗器械（北京）有限公司，北京１０２２００）摘要 介绍了ＮｉＴｉＺｒ高温形状记忆合金的研究进展，重点评述了ＮｉＴｉＺｒ中Ｚｒ添加及热处理对合金的相变温度、形状记忆效应的影响，同时探讨了ＮｉＴｉＺｒ合金加工特性及相变的微观机理，最后提出了需要进一步研究的问题。
关键词 ＮｉＴｉＺｒ高温合金 形状记忆合金 相变温度 形状记忆效应中图分类号：ＴＧ１３９．６ 文献标识码：ＡＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＮｉＴｉＺｒ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ ＡｌｌｏｙｓＦＥＮＧ Ｚｈａｏｗｅｉ １，ＣＵＩ Ｙｕｅ２，ＳＨＡＮＧ Ｚａｉｙａｎ２，ＹＵＡＮ Ｚｈｉｓｈａｎ１，ＬＩ Ｊｕｎｔａｏ２，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｇｂｏ２，ＭＩＡＯ Ｗｅｉｄｏｎｇ２，ＭＡ Ｊｉａｌｉ ２（１ Ｇｒｉｋｉｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２００；２ Ｇｒｉｍｅｄ Ｍｅｄｉｃａｌ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２００）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＮｉＴｉＺｒ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙｓ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｗｉｔｈ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｚｒ ａｄｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ａｌｌｏｙｓ′ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｅｆｆｅｃｔ．Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＮｉＴｉＺｒ ａｌｌｏｙ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｒｅ ａｌｓｏ ｂｒｉｅｆｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｄｉ－ｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＮｉＴｉＺｒ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｌｌｏｙｓ，ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙｓ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙｅｆｆｅｃｔ 冯昭伟：男，１９７３年生，博士，高级工程师，研究方向为镍钛形状记忆合金 Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｚｗ＠ｇｒｉｋｉｎ．ｃｏｍ０ 引言常用ＮｉＴｉ及ＣｕＺｎＡｌ记忆合金的马氏体相变起始温度Ｍｓ通常不超过１００℃，通常经过后续热－机械处理的记忆合金，在无约束应力条件下，若其马氏体逆相变起始温度Ａｓ高于１２０℃，就将其归于中高温形状记忆合金。
钛镍形状记忆合金的研究进展
文献标识码: A
自 1963 年被美国海军武器 实验室的 W. Buehler 等人[ 1] 发现钛镍形状记忆合金具有可逆马氏体 相变导致形状记忆效应后, 引起了人们的极大兴趣, 并很快得到应用. 直至目前, 关于它的 研究方兴未 艾, 在 ICOMA T ( 马氏体相变国际会议) 、ECOM AT ( 欧洲马氏体相变会议) 、SM ST ( 形状记忆与超弹性 国际会议) , SMM ( 形状记忆材料国际会议) 等会议 上都占有很大比重, 在有关智能材料和结构方面的 国际会议上也占有一定比重[ 2] . 另外, 国际上还不定 期地举行有关钛镍及其他形状记忆合金的专题研讨 会. 对钛镍合金 开展了从基础 到应用、从静态到动 态、从定性到定量等全方位多角度的研究工作, 发表 的论文数以万计, 申请的专利达两万多件. 现在, 钛 镍合金以其奇异的形状记忆和超弹性等力学性能, 以及优异的抗化学腐蚀性能和生物相容性能而被广 泛地应用于土木、机械、控制、电子等工程领域中, 如 减震器、管结头、驱动器、微型继电器等; 应用于介入 治疗、整形外科和牙科等医学领域中, 如腔道和血管 支架、接骨固定器、牙齿矫形丝等[ 3- 5] . 本文从应用 角度简要评述钛镍形状记忆合金的研究进展情况.
S1 Miyazaki[ 29] , P1 Filip[ 30] 等人对恒定应变循环 加载条件下合金的超弹性行为进行了研究, 得出: 正 相变 ( A y M) 应力下降, 逆相变( M y A) 应力升高, 超弹性滞后面积减小; 残余应变的累积使合金的超 弹性稳定化, 这是由于微观组织中位错的堆积引起 残余马氏体量的增加造成的. T1 Lim 等人[ 31] 的研究 表明: 合金的超弹性与循环加载路径有关. 在给定某 一应变值的条件下, 通过循环处理获得稳定超弹性, 当循环应变以小于此值加载时, 合金的超弹性不受 影响; 但是, 当合金在更大应变值的条件下通过循环 处理获得稳定超弹性时, 以前在小应变值时稳定的 超弹性效应消失, 即合金的稳定超弹性与稳定化的 路径有关.
形状记忆与超弹性镍钛合金的发展和应用
摘 要 : 回顾了镍钛合金自 1963 年发现形状记忆效应至今 40 年的发展历程 、应用领域和产业状况 。镍钛合金
具有优良的力学性能 、腐蚀抗力 、形状记忆效应 、超弹性 、阻尼特性和生物相容性等特点 , 其应用范围涉及航空 、 航天 、机械 、电子 、化工 、能源 、建筑等工程领域 、民用和医学领域 。纵观全球记忆合金产业 , 国外主要高利润经 济增长点正逐步从工业产品和民用产品转变到超弹性介入医学产品 , 从原材料 →半成品 →成品已经形成良好的产 业链 , 正进入蓬勃发展时期 。国内记忆合金产业刚刚兴起 , 理论研究和应用基础研究的基础不错 , 应加强企业之 间的合作 , 避免恶性竞争 , 共同推进镍钛合金高技术产业的健康发展 。
1 发展历史阶段
镍钛合金的发展历史可分为 3 个阶段 : 1) 1963 年 ～ 1986 年 , 开展了初步的基础研 究 , 包括相变行为 、晶体结构 、显微组织 、力学性 能和冶炼加工制备技术等[2 , 3 ] 。20 世纪 70 年代初 , 美国 Raychem 公司成功研制了 Ni TiFe 航空用液压 管路接头和紧固件 , 并应用于 F14 战斗机中 , 成为 镍钛合金第一个成功的工业应用实例 。1975 年 5 月 在加拿大多伦多大学召开了国际上第一次形状记忆
现功能的 。在此期间 , 中国学者分别在杭州 (1997 年) 和昆明 ( 2001 年) 承办了 C2J SMA97 和 SMM SMST2001 国际会议 。
2 应用现状
在过去的 40 年里 , 镍钛合金因其优良的生物 相容性 、射线不透性 、核磁共振无影响性 、力学性 能 、腐蚀抗力 、形状记忆效应 、超弹性和阻尼等特 性 , 应用范围涉及航空 、航天 、机械 、电子 、化工 、 能源 、建筑等工程 、民用和医学领域 。航空航天应 用的产品包括管接头 、超弹性防松构件 、超弹性均 载连接件以及智能结构控制件等 ; 在能源 、交通 、 电子等领域的应用产品有内燃机车蒸汽自动调节 器 、温控开启机构 、大功率电缆连接插头 、屏蔽电 缆连接用紧固圈及电子微动开关等 ; 在石油化工领 域主要应用于油井封隔器 、油井套管记忆合金整形 器 、电控记忆合金驱动截流器等 ; 民用产品主要包 括超弹性眼镜架 、移动电话天线 、女性胸衣托架 、 高弹高韧性钓鱼丝线 、耳机头套等 ; 在牙科 、骨科 、 介入治疗 、心内科 、耳鼻喉科 、妇科等医学领域中 的应用包括牙齿矫形丝 、根管锉 、脊柱矫形棒 、接 骨板 、髓内针 、髌骨爪 、导丝 、导针 、心脏补片 、血 管支架 、血栓滤器 、食道支架 、呼吸道支架 、胆道 支架 、尿道支架 、直肠支架 、十二指肠支架 、外耳 道支架 、节育环等 。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种具有特殊记忆性能的金属材料，它可以在经历形变后恢复到原来的形状。
这种金属材料具有许多独特的特性，因此在许多领域具有广泛的应用。
本文将介绍形状记忆合金的机理及其在工程、医疗、航空航天等领域的应用。
形状记忆合金的机理形状记忆合金最常见的例子是钛镍合金，它是一种由钛和镍组成的合金材料。
形状记忆合金的记忆效应是其最显著的特性之一，这是由其特殊的晶体结构和相变特性所决定的。
在常温条件下，形状记忆合金处于其高温相状态，即奥氏体相。
在这种状态下，合金具有良好的塑性和可形变性，可以通过外力进行形变而不会发生破裂。
当形状记忆合金被加热到一定温度时，会发生相变，转变为低温相状态，即马氏体相。
在这种状态下，合金会恢复到原来的形状，消除之前的形变痕迹。
形状记忆合金的相变过程是通过应力诱导和温度诱导两种方式进行的。
应力诱导相变是指在受到外力作用时，合金会发生相变，从而产生形变，而温度诱导相变则是指在特定温度下发生相变，使合金恢复原来的形状。
由于其特殊的记忆性能，形状记忆合金在许多领域具有广泛的应用。
在工程领域，形状记忆合金被广泛应用于机械和汽车领域。
可以将形状记忆合金用于制造汽车零部件，如车身结构和发动机零件，以提高汽车的安全性能和耐久性。
形状记忆合金还可以用于制造高性能阀门、管道连接件等，以应对极端工况下的压力和温度变化。
在医疗领域，形状记忆合金被广泛应用于医疗器械和植入物。
可以将形状记忆合金用于制造支架和植入内置器件，如心脏起搏器和血管支架，以治疗心血管疾病和其他疾病。
形状记忆合金还可以用于制造牙齿矫正器和关节假体，以改善患者的生活质量。
形状记忆合金具有独特的记忆性能和优异的物理特性，使其在工程、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展，形状记忆合金将会有更加广泛的应用和推广，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
镍钛形状记忆合金的生物相容性研究进展
镍钛形状记忆合金的生物相容性研究进展王成健;孟增东;张玉勤;谢辉【摘要】镍钛形状记忆合金(Nickel titanium shape memory alloys,NiTi-SMA)因具有良好的生物相容性、形状记忆效应以及超弹性等优异性能成为理想的体内固定材料,目前已广泛的应用于临床治疗.由于镍钛形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性可以有效避免应力遮蔽引起的材料断裂,因而有望长期存于人体内,但是合金在人体内受腐蚀释放的镍离子存在生物毒性,对局部组织有致敏甚至是致癌作用,所以又限制了其在临床上的广泛应用.本文综述了镍钛形状记忆合金生物相容性相关的文献,总结镍钛形状记忆合金在体外、动物体内生物相容性以及临床应用的生物相容性方面的研究进展,并指出镍钛形状记忆合金的表面处理在提高其生物相容性方面的重要性.【期刊名称】《生物骨科材料与临床研究》【年(卷),期】2016(013)001【总页数】5页(P65-68,72)【关键词】镍钛形状记忆合金;生物相容性;表面处理【作者】王成健;孟增东;张玉勤;谢辉【作者单位】昆明理工大学附属昆华医院,云南昆明650093;昆明理工大学附属昆华医院,云南昆明650093;云南省第一人民医院,云南昆明650032;昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093;云南省第一人民医院,云南昆明650032【正文语种】中文【中图分类】R318.08;TF124.5近来，随着医用生物材料科学的发展，加之临床医疗的需求，镍钛形状记忆合金因其具有形状记忆效应，并且具有强度高，耐磨损、耐腐蚀、无磁、无毒等优异的理化性能，硬度和刚度与人体的骨组织接近，被认为是理想的生物内固定植入材料之一，在医学领域获得了广泛的应用。
目前所报道的镍钛形状记忆合金在医疗领域的应用涉及到了骨科、口腔科、胸外科、妇产科以及影像学科等，已开发出的产品有脊柱侧弯哈氏棒、髋关节假体、框架式尺挠骨内固定器、髌骨固定器、子宫内避孕环、牙科正畸丝等[1]生物医用材料。
镍钛形状记忆合金材料的生物相容性研究应用进展
镍钛形状记忆合金材料生物相容性研究进展摘要：镍钛形状记忆合金作为重要生物医用材料已经获得了广泛应用，但镍离子在人体环境中释放引起了人们忧虑。
本文结合关于镍钛形状记忆合金材料生物相容性方面研究论文，阐述了镍钛形状记忆合金概念、工作原理、物化性能、生物相容性、医学应用以及发展趋势等。
核心词：The niti shape memory alloy biocompatibility Surface modification1引言生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替代其病损组织、器官或增进其功能新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械基本，己成为材料学科重要分支，特别是随着生物技术莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发热点。
当代生物材料已处在实现重大突破边沿，不远将来，科学家有也许借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济一种支柱产业.由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
生物体内各种材料和部件有各自生物功能。
它们是“活”，也是被整体生物控制。
生物材料中有是构造材料，涉及骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；尚有许多功能材料所构成功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞构成薄膜内而形成无散射、无吸取、可持续变焦广角透镜。
在生物体内生长有不同功能材料和部件，材料科学发展方向之一是模仿这些生物材料制造人工材料。
它们可以做生物部件人工代替物，也可以在非医学领域中使用。
前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模仿生物黏合剂、模仿酶、模仿生物膜等镍钛形状记忆合金因具备独特形状记忆效应、超弹性、较高疲劳极限、优良耐磨性及良好生物相容性，在医学领域获得了广泛应用，如畸齿丝、心血管扩张支架、骨折修复材料等。
作为一种长期植入人体生物材料，不但要具备良好生物力学性能，并且还要有优秀耐蚀性和生物相容性。
形状记忆钛合金在生物医用领域的研究进展
形状记忆钛合金在生物医用领域的研究进展作者：李曦章园园来源：《新材料产业》2017年第03期钛及其合金具有优良的生物相容性、力学性能和抗腐蚀性能，使其适于作为生物医用材料使用。
钛首次被引入医学领域可追溯到20世纪40年代；随后，有学者报道了利用纯钛来制造植入物器械。
20世纪60年代Buehler等人发现了钛镍（TiNi）合金的形状记忆效应，此后，镍钛合金被广泛应用于生物医学领域的各个分支。
20世纪70年代，Baker首次报道了β型钛合金在特定条件下的形状记忆效应，这一效应更加拓宽了钛合金在生物医用材料领域的应用前景。
目前，用于生物医学领域的形状记忆钛合金仍存在生物毒性、生物力学相容性、弹性模量等方面的缺陷，国内外学者对此进行了大量研究，主要有2大方向：一是开发新型不含镍的形状记忆β型钛合金，二是对现有钛合金材料进行表面改性，降低其生物毒性，从而更适合于生物医学应用的要求。
一、无Ni形状记忆β型钛合金在设计新型无Ni形状记忆β型钛合金时主要应当考虑：合金元素是否具有生物相容性，合金元素是否为β相稳定元素，合金元素是否能提高β型钛合金在生物体中的抗拉强度、耐磨性等使用性能，合金元素是否能进一步降低β型钛合金的弹性模量。
研究表明，铌（Nb）、钽（Ta）、锆（Zr）、锡（Sn）、钼（Mo）等β稳定元素对机体无毒、不致敏，且可以提高强度和降低弹性模量，同时，Nb、Ta、Mo等元素易于与钛合金化且可降低毒性，被认为是最佳的合金元素。
1.Ni-Zr系形状记忆β型钛合金Zr元素与钛基体进行合金化，可以提高合金的强度。
Yu等人[1]报道了一种新型Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb合金，并研究了其在不同温度、外力、热处理等条件下的形状记忆效应和超弹性，该合金具有低弹性模量、高强度等优点。
该合金的形状回复率几乎不受变形温度影响，但受到载荷和变形次数的影响。
李岩等人[2]研究报道了一种兼具宽温域超弹性、高温形状记忆效应和生物安全性的新型Ti-Zr基形状记忆合金。
记忆合金论文
浅谈形状记忆合金形状记忆合金是一种特殊的合金，存在一个记忆温度，在记忆温度以下可以任意加工，当温度回到记忆温度时，可以恢复到加工前的形状。
形状记忆合金至今已有十几种，包括Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。
1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应。
1963年，美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室温较多的某温度范围内，把一种镍-钛合金丝烧成弹簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状，再放在40 ℃以上的热水中，该合金丝就恢复成原来的弹簧形状。
1969年，镍--钛合金的“形状记忆效应”首次在工业上应用。
人们采用了一种与众不同的管道接头装置。
为了将两根需要对接的金属管连接，选用转变温度低于使用温度的某种形状记忆合金，在高于其转变温度的条件下，做成内径比待对接管子外径略微小一点的短管(作接头用)，然后在低于其转变温度下将其内径稍加扩到该接头的转变温度时，接头就自动收缩而扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。
1969年7月20日，美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首次留下了人类的脚印，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。
这个庞然大物般的天线就是用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。
放置于月球后，在阳光照射下，达到该合金的转变温度，天线“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球。
形状记忆合金的特点是：弯曲量大，塑性高，在记忆温度以上恢复以前形状。
形状记忆合金分为以下几类：1、单程记忆效应合金：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。
钛镍铪高温形状记忆合金的研究进展
钛镍铪高温形状记忆合金的研究进展
孟晓凯;赵春旺
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2013(027)003
【摘要】介绍了钛镍铪高温形状记忆合金的研究进展,简述了钛镍铪合金的制备与加工方法,着重阐述了钛镍铪的相变特性、显微组织结构、单程及双程形状记忆效应、超弹性行为、机械特性和相应的微观机理,最后提出了需要进一步研究的问题.【总页数】8页(P99-106)
【作者】孟晓凯;赵春旺
【作者单位】内蒙古工业大学理学院,呼和浩特010051;内蒙古工业大学理学院,呼和浩特010051
【正文语种】中文
【中图分类】TG139.6
【相关文献】
1.钛镍形状记忆合金的研究进展 [J], 刘克勇;雷永超;蔡伟;赵连城
2.钛镍形状记忆合金冲击变形后形状记忆效应的研究 [J], 施绍裘;Belyaev,SP
3.用自蔓延高温合成法制造镍—钛形状记忆合金 [J], 杨遇春
4.选区激光熔化钛镍形状记忆合金的超弹性研究 [J], 侯熙硕;赵蒙;王永信;梁晋;张旭东;樊晓晨
5.真空感应炉熔炼雾化3D打印镍-钛形状记忆合金丝材和球形粉末 [J], 周睿之;李享;郭嘉昕;郭永喜
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钛镍铪高温形状记忆合金的研究进展
ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｅ ｂ ｉ ｆ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｎ ｒ ｃ ｓ ｔ ｏ ｒ ｒｅ ｌ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ．Ａｄ ｉ ｏ ａｌ ，ｐ ａ ｅ ｔａ ｓ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ ｙ ｄｔ ｎ ｌ ｉ ｙ ｈ ｓ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ｒ ｐ ｒ ｉ ，ｍｉｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｎ － ｏ ｅ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ，ｏ ｅ ｗａ ｎ ｗｏ ｗａ ｈ ｐ ｍｏ ｙ ｅ ｆ ｃ ，ｓ ｐ ｒ ｌｓ ｉｉｙ ｂ ｈ ｖ ｏ ，ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｉｓ ａ ｄ ｍｉ ｒ ｓ ｏ ｉ ｃ ａ ｉｍ ｒ ｙ ａ ｄ ｔ － ｙ ｓ ａ ｅｍｅ ｒ ｆｅ ｔ ｕ ｅ ｅａ ｔ ｔ ｅ ａ ｉｒ ｃ ｃ ａ ｉａ ｏ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｃ ｐ ｃ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｐ ｅ
２ 相 变 特 性
２ １ 相 变温 度及 其稳定 性 ．
作 为形状 记忆 合 金 的一 项 重 要特 性 ， 变 温度 （ 氏体 相 马 相变开 始温度 Ｍ 、 峰值 温度 Ｍ 结束 温度 Ｍ 逆 马 氏体 相变 、 ，
１ ～ ３ （ ０ 原子分 数 ， 下同） 进 行 了研 究 ， 括 富 －、 Ｎ 都 包 ｒ富 ｉ ｉ 和等 原子 比 ， Ｃｕ或 掺 ｚ 掺 ｒ的 Ｔｉ — 。但相 比之 下 Ｈｆ Ｈｆ Ｎｉ 含
溅射薄膜法
双辊 制造 工艺
过添 加第 三组元 的方 法 ， 用 铪 （ ） 如 Ｈｆ 替代 与其 同周 期 的 Ｔｉ 得 到 的 Ｔｉ — 合金 在价 格 、 — Ｈｆ Ｎｉ 工作 性 能及相 变温 度等 方 面较 Ｔｉ — 、 — — ｔＴｉ — ｄ及 Ｔｉ — ｒ 三元 合金 具 有 明 — Ａｕ Ｔｉ Ｐ 、 — Ｐ Ｎｉ Ｎｉ Ｎｉ — ｚ等 Ｎｉ 显优 势 ， 非常 适合 高温应 用 ［ 。因此 ， — — 合 金 备 受关 ２ ’ Ｔｉ Ｈｆ Ｎｉ
镍钛形状记忆合金材料的应用及发展
本科毕业论文题目：镍钛形状记忆合金材料的应用及发展学院：化学与化工学院班级：09化学六班姓名：**指导教师：田静职称：讲师完成日期：2013 年06 月01 日镍钛形状记忆合金材料的应用及发展摘要:随着科技的发展，形状记忆合金（简称SMA）作为一种新型的功能材料广泛应用于各个领域。
形状记忆合金现在已经成为功能材料领域中的研究热点之一，它是二十年代发展起来的一种新型功能材料。
本文主要介绍了形状记忆合金中的一种合金即Ni-Ti形状记忆合金的一些特性，综述了Ni-Ti形状记忆合金的发展历史，研究现状，及其在航天航空、能源、医疗器械、建筑、汽车等各个领域的应用特点，最后分析了Ni-Ti形状记忆合金的发展趋势。
关键字:镍钛合金 ; 形状记忆合金 ; 形状记忆效应 ; 应用；发展目录1 引言 (1)2 形状记忆合金的简介 (1)2.1 形状记忆合金的分类 (1)2.1.1 镍-钛基形状记忆合金 (2)2.1.2 铜基形状记忆合金 (2)2.1.3 铁基形状记忆合金 (2)2.2 形状记忆合金的特性 (2)2.2.1 形状记忆效应 (2)2.2.2 超弹性效应 (2)2.2.3 阻尼特性 (2)2.2.4 电阻特性 (3)3 形状记忆合金的发展历史 (3)4 Ni-Ti形状记忆合金的重要性 (4)5 Ni-Ti形状记忆合金的研究现状 (4)6 Ni-Ti形状记忆合金的应用 (5)6.1 在航天航空方面的应用 (5)6.2 在能源方面的应用 (6)6.3 在医疗器械方面的应用 (6)6.4 在建筑方面的应用 (6)6.5 在汽车方面的应用 (7)7 Ni-Ti形状记忆合金的发展趋势 (7)参考文献 (7)Abstract (9)致谢 (10)1 引言形状记忆材料是具有形状记忆效应的一种特殊功能材料，这种集感知和驱动于一体的新型功能材料可以成为智能材料结构。
除了一些合金材料外，还有一些非金属材料如高聚物和陶瓷也具有形状记忆效应，也属于形状记忆材料。
Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的研究进展
Ti-Ni-Hf摘要高温形状记忆合金在高温环境下表现出优良的形状记忆性能和其它独特的材料性质。
本文综述了Ti-Ni-Hf 高温形状记忆合金的研究进展。
首先，介绍了形状记忆合金、高温合金、以及高温形状记忆合金的定义。
然后，重点讨论了Ti-Ni-Hf 高温形状记忆合金的组成、制备技术、形状记忆性能、微观结构和变形机制等方面的研究进展。
最后，对Ti-Ni-Hf 高温形状记忆合金未来的发展趋势进行了展望。
关键词：高温形状记忆合金，Ti-Ni-Hf，制备技术，形状记忆性能，微观结构，变形机制AbstractHigh-temperature shape memory alloys exhibit excellent shape memory properties and other unique material properties under high- temperature environments. In this paper, the research progress of Ti- Ni-Hf high-temperature shape memory alloys is reviewed. Firstly, the definitions of shape memory alloys, high-temperature alloys, and high- temperature shape memory alloys are introduced. Then, the composition, preparation technology, shape memory properties, microstructure, and deformation mechanism of Ti-Ni-Hf high- temperature shape memory alloys are discussed in detail. Finally, the future development trend of Ti-Ni-Hf high-temperature shape memory alloys is prospected.Keywords: high-temperature shape memory alloys, Ti-Ni-Hf, preparation technology, shape memory properties, microstructure, deformation mechanism1. 引言形状记忆合金是一种具有形状记忆性能的特种合金，其具有在外界作用下发生形状变化后，经过一定的恢复过程可以恢复到原始形状的能力。
镍钛形状记忆合金 相变滞后
镍钛形状记忆合金相变滞后镍钛形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料。
它能够在受到外界刺激时发生相变，并在消除刺激后恢复到原始形状。
这种材料的相变滞后是指在相变过程中，其形状改变的时间滞后于外界刺激的时间。
本文将探讨镍钛形状记忆合金的相变滞后现象，并探讨其应用领域和未来发展方向。
我们来了解一下镍钛形状记忆合金的基本特性。
镍钛形状记忆合金的相变是由于其晶体结构的改变所引起的。
在高温状态下，镍钛合金的晶体结构呈现为奥氏体结构，此时其形状可被任意改变。
当温度下降到一定程度时，镍钛合金会发生相变，晶体结构转变为马氏体结构。
在这个过程中，镍钛合金的形状会发生改变，并且能够记忆其原始形状。
当温度再次升高时，镍钛合金会再次发生相变，恢复到原始形状。
然而，镍钛形状记忆合金的相变滞后现象给其应用带来了一定的挑战。
相变滞后意味着镍钛合金的形状改变并不会立即发生，而是需要一段时间。
这种滞后现象对于一些应用来说可能是不可接受的。
因此，科学家们一直在努力研究如何减小相变滞后，以提高镍钛形状记忆合金的应用性能。
在研究中，科学家们发现，相变滞后现象与镍钛合金的组成和处理方式有关。
通过调整合金的成分，可以改变相变滞后的程度。
此外，通过优化材料的加工工艺和热处理条件，也可以改善相变滞后现象。
这些研究为减小相变滞后提供了理论基础和实验依据。
除了研究相变滞后现象本身，科学家们还在探索镍钛形状记忆合金的应用领域。
由于镍钛合金可以根据外界刺激改变形状，因此被广泛应用于医疗领域。
例如，它可以用于制造心脏支架，通过改变形状适应血管的变化。
此外，镍钛合金还可以用于制造矫正器、牙套等医疗器械，帮助矫正牙齿。
这些应用充分发挥了镍钛合金的相变滞后特性，为患者提供了更好的治疗效果。
未来，随着科学技术的不断进步，镍钛形状记忆合金的应用领域还将不断拓展。
例如，在机械工程领域，镍钛合金可以用于制造自适应结构，使机械设备能够根据工作状态自动调整形状，提高工作效率。
记忆合金研究报告
记忆合金研究报告记忆合金是一种特殊的合金材料，具有记忆性能，可以记住自身的形状，并且能够恢复到原始形状。
记忆合金具有许多应用领域，如医疗器械、航空航天、汽车工业等，具有重要的市场价值和发展前景。
记忆合金的记忆效应主要是通过相变实现的。
具有记忆效应的记忆合金主要有两个阶段：奥氏体和马氏体。
奥氏体是记忆合金的高温形状，具有弹性和可塑性；马氏体是记忆合金的低温形状，具有硬度和形状记忆的能力。
当记忆合金处于奥氏体状态时，可以通过外界的应力或温度变化，转变为马氏体状态，并且当外界应力或温度恢复到原始状态时，记忆合金会恢复到奥氏体状态。
记忆合金的主要成分是钛、镍、钴等金属元素。
钛镍记忆合金是最早研究和应用的一种记忆合金，具有良好的记忆效果和力学性能。
经过一系列的合金设计和热处理工艺，钛镍记忆合金可以实现多个形状记忆。
此外，还有一些新型的记忆合金被发现，如铜锌铝合金、镍钛锑合金等，具有更高的应变和更好的热稳定性。
记忆合金的研究重点主要包括合金材料的开发和性能改进、形状记忆机制的理论解释和模拟、记忆合金材料的制备工艺和应用等。
在合金材料的开发和性能改进方面，主要通过合金元素的选择和合金化处理来实现，如调控合金中的相变温度和相变温度的范围，以及提高合金的力学性能。
在形状记忆机制的理论解释和模拟方面，主要通过热力学和力学模型来描述记忆合金的相变行为和形状记忆效应。
在记忆合金材料的制备工艺和应用方面，主要包括热处理工艺和成型工艺的研究，以及记忆合金在医疗器械、航空航天、汽车工业等领域的应用。
记忆合金的应用领域非常广泛。
在医疗器械领域，记忆合金可以用于制作支架、导丝、夹钳等，用于治疗心血管疾病和骨科疾病。
在航空航天领域，记忆合金可以用于制作飞机上各种零部件，如发动机叶片、舵面、起落架等，具有抗高温、耐腐蚀和自修复等特性。
在汽车工业领域，记忆合金可以用于制作汽车的车身部件、发动机部件、悬挂系统等，可以提高汽车的安全性、舒适性和节能性。
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析 出 相 的 缘 故 ， 状 合 金 的 相 变 温 度 低 于 相 同 成 分 的 块 带 体ｌＪ ｎ。文献 ［２ 研 究 显示 ， 一 Ｎ １ 金 中 Ｎ 含量 位 ” ２］ Ｔ ｉ 。 Ｈｆ 合 ｉ 于 ４． ～５． 时 相 变温 度 保 持相 对 稳 定 ， 过 ５． ９０ ００ 超 ００
钛 镍 铪 高温形 状记 忆合 金 的研 究进展 ／ 晓凯等 孟
・ ９・ ９
钛镍 铪 高温 形 状记 忆 合 金 的研 究进 展
孟 晓 凯 ， 春 旺 赵
（ 内蒙古工业大学理学 院 ， 呼和浩特 ００ ５ ） １ ０ １
摘 要 介 绍 了钛 镍 铪 高温 形 状 记 忆合 金 的研 究 进展 ， 述 了钛 镍 铪 合 金 的 制 备 与 加 工 方 法 ， 重 阐述 了钛 镍 简 着
快冷法 便翟磊錾忆 ［ 速凝 于曩 记 。 ］
平面流铸法 可制备高质量的薄带
结构 、
１ 制 备 ／ ｒ 法 ｍ－ 方
新 技术 新机 器 的不 断 进 步 与 发展 给 广大 科 研 人 员 在 实
［０ ２］
［１ ２］
等 通道转 角挤 压法 易于形
验 方法 、 段及 设 备等 方 面提 供 了有 力 帮助 ， Ｔ— — ｆ 手 使 ｉ Ｈ 高 Ｎｉ
授， 博士生导师 ， 主要从事 固体微结构 与微 纳米力学研 究
Ｅｍａ ：ｈｏｗ＠ ｉ ｔｅ ｕ ｃ － ｉ ｚａ ｃ ｌ ｍｕ． ｄ ． ｎ
・
１０ ・ Ｏ
材料 导报 Ａ： 综述篇
２１ ０ ３年 ２月（ ） ２ 上 第 ７卷第 ２期
相 变特 性 的分 析 与测 试 （ 变温 度 、 相 相变 顺 序 和 晶 化 行 为等 ） 主要采用 差 示 扫 描 量 热法 （ Ｓ ， 可采 用 组 合 纳 米 Ｄ （） 也 量热 法 ］ 电阻法 与原位 Ｘ 射线 衍 射 （ Ｄ） 川进 行 研 、 ＸＲ 法 究； 合金 组 织 结 构 的 分 析 常 采 用 Ｘ ＲＤ 和 透 射 电 子 微 法 （ Ｍ） ＴＥ 。另外 ，ｒ Ｎｉ ｒｉ — — Ｈｆ合 金 的研 究 范 围也 比较 广 泛 ， Ｈｆ
（ ｌｅ ｅｏ ｃｅ ｃ ，Ｉ ｎ ｒＭ ｏ ｇ ｌ ｉｅｓｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ Ｃｏｌｇ ｆＳ ｉｎ ｅ ｎ ｅ ｎ ｏｉ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ａ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈ ｏ ｈ ｔ０ ０ ５ ） ｈ ｏ １ ０ １ Ａｂｔａ ｔ ｓｒ ｃ Ｔｈ ｅ ｅ ｒｈ ｐ ｏ ｒ ｓ ｎＴｉ — ｉｈ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｈ ｐ ｅ ｒ ｌ ｙ ｉ ｒｖｅ ｄ ｅｒｓ ａ ｃ ｒ ｇ ｅ ｓｏ Ｈｆｈｇ ｅ ｅａ ｕ ｅｓ ａ ｅｍ ｍｏ ｙａｌ ｓ ｅ ｉｗｅ ．Ｔｈ ａ ｒｃ— Ｎｉ ｏ ｅｆｂ ｉａ
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Ｍ ＥＮＧ ａ ｋ ｉ Ｈ ＡＯ ｕ ｗ ａ ｇ Ｘｉｏ ａ ，Ｚ Ｃｈ ｎ ｎ
工艺特 点
参 考文献
难突破 １ ０℃ 。再 者 ， 温应 用 的需 求 紧迫 ， 高温 驱 动 、 ０ 高 如 过
热预 警及 火灾 报警 等 ， 具有 高 相 变 温 度 的记 忆 合 金 ， 使 即高
温形状 记忆 合 金 ， 成 价 蓑度 ［ 冲 熔薄 鬈 ９ 光 法 警 ］
２ 相 变 特 性
２ １ 相 变温 度及 其稳定 性 ．
作 为形状 记忆 合 金 的一 项 重 要特 性 ， 变 温度 （ 氏体 相 马 相变开 始温度 Ｍ 、 峰值 温度 Ｍ 结束 温度 Ｍ 逆 马 氏体 相变 、 ，
１ ～ ３ （ ０ 原子分 数 ， 下同） 进 行 了研 究 ， 括 富 －、 Ｎ 都 包 ｒ富 ｉ ｉ 和等 原子 比 ， Ｃｕ或 掺 ｚ 掺 ｒ的 Ｔｉ — 。但相 比之 下 Ｈｆ Ｈｆ Ｎｉ 含
溅射薄膜法
双辊 制造 工艺
过添 加第 三组元 的方 法 ， 用 铪 （ ） 如 Ｈｆ 替代 与其 同周 期 的 Ｔｉ 得 到 的 Ｔｉ — 合金 在价 格 、 — Ｈｆ Ｎｉ 工作 性 能及相 变温 度等 方 面较 Ｔｉ — 、 — — ｔＴｉ — ｄ及 Ｔｉ — ｒ 三元 合金 具 有 明 — Ａｕ Ｔｉ Ｐ 、 — Ｐ Ｎｉ Ｎｉ Ｎｉ — ｚ等 Ｎｉ 显优 势 ， 非常 适合 高温应 用 ［ 。因此 ， — — 合 金 备 受关 ２ ’ Ｔｉ Ｈｆ Ｎｉ
钛 镍 铪 高温形 状记 忆合 金 的研 究进展 ／ 孟晓 凯等
发 现对 Ｔｉ 合金 实施 时 效热 处 理 是提 高 相 变 温度 的有 — Ｈｆ Ｎｉ 效 手段 ， 于 固溶态 富 Ｎｉ 金 ， Ｎｉ 对 合 随 含量 增 加 相 变 温 度 降
低 ， 含 量 为 ５ ． 时相变 温度低 于 １ ０℃ ； 经过 ８ ３Ｋ、 Ｎｉ ０６ ０ 但 ２ ２ｈ时 效 处 理 后 ， 于 富 Ｎｉ 出 相 （ ， ）Ｎｉ 产 生 ， 由 析 Ｔｉ Ｈｆ。 的
温形 状记 忆合 金 的研究 不断 系统 全 面 。就其 研 究形 态 而 言 ， 从最 初 的 块 体 逐 步 发 展 到 薄 膜 ＿ 、 板 ｌ 薄 带 ＿］ 线 。 薄 】 、 ］及
状 。相 关加 工处 理 方 法 也不 断改 进 ， １ 表 【 给 出 了
部分 文献 所采 用 的制备 加工 方法 。
＊教 育部 高等学校博士 学科 点专项科研基 金（０ ０ ５４ １０ ２ ； ２ １ １ １ １ ０ ０ ） 教育部新世 纪优 秀人才支持计划（ Ｅ １— ９ ９ ＮＣ Ｔ ００ ０ ）
孟 晓 凯 ： ，９ ９年 生 ， 士 生 ， 事 形 状 记 忆 合 金 研 究 Ｅ ｍａｌｎ ｄ ｋ ｙｈ ｏ ｃ 赵 春 旺 ： 讯 作 者 ， ，９ １年 生 ， 士 ， 女 １８ 硕 从 － ｉ ｇ ｍｘ ＠ ａ ｏ ．ｎ ： 通 男 １７ 博 教
ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｅ ｂ ｉ ｆ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｎ ｒ ｃ ｓ ｔ ｏ ｒ ｒｅ ｌ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ．Ａｄ ｉ ｏ ａｌ ，ｐ ａ ｅ ｔａ ｓ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ ｙ ｄｔ ｎ ｌ ｉ ｙ ｈ ｓ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ｒ ｐ ｒ ｉ ，ｍｉｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｎ － ｏ ｅ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ，ｏ ｅ ｗａ ｎ ｗｏ ｗａ ｈ ｐ ｍｏ ｙ ｅ ｆ ｃ ，ｓ ｐ ｒ ｌｓ ｉｉｙ ｂ ｈ ｖ ｏ ，ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｉｓ ａ ｄ ｍｉ ｒ ｓ ｏ ｉ ｃ ａ ｉｍ ｒ ｙ ａ ｄ ｔ － ｙ ｓ ａ ｅｍｅ ｒ ｆｅ ｔ ｕ ｅ ｅａ ｔ ｔ ｅ ａ ｉｒ ｃ ｃ ａ ｉａ ｏ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｃ ｐ ｃ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｐ ｅ
铪的相 变特性 、 显微 组织结构 、 单程及双程形状记 忆效应、 弹性行 为、 超 机械特性和 相应的微 观机 理 ， 最后提 出了需要
进 一 步 研 究 的 问题 。 关 键 词 钛镍铪 形状记忆合金 相变 显微结构
中 图分 类 号 ： ＴＧｌ ９ ６ ３ ．
文献标识码 ： Ａ
开始 温度 Ａ 、 温度 Ａ 、 峰值 结束 温 度 Ａ ） 的稳 定性 是 其 实 际
应用 的 关 键 。部 分 文 献 的 合 金 成 分 和 相 变 温 度 如 表 ２所 示 多种 因素影 响 。 。随着研 究 的深 入 ， 们 发 现 Ｔｉ 合 人 — Ｈｆ Ｎｉ
金 的相变温 度受 元素 成 分 、 加 应 力 、 处 理 及 试样 形态 等 外 热
表 １ Ｔ－ — 合 金 的 加 工 工 艺 ｉ Ｈｆ Ｎｉ
Ｔａ ｌ Ｔｈｅｐ ｏ ｅ ｓｍ ｅｈ ｄ ｏ — ｌ ｙ ｂｅ１ ｒ ｃ ｓ ｔ ｏ ｆＴｉＮｉＨｆａｌ ｏ
Ｎ等 杂质 的影 响 ， 该二 元 合金 的马 氏 体相 变 开 始 温 度
很
加 工工 艺
量 为 ５ 、 、０ 、 和 ２ Ｔｉ ８ １ １ ５ Ｏ — Ｈｆ的研 究报 道较 多 ， Ｎｉ 其 中 比较 典 型 的成 分 有 Ｎｉ Ｈｆ、 ３Ｎｉ Ｈｆ Ｔｉ ｍ ８Ｔｉ ｊ ６ 。
Ｎｉ Ｈｆ 、 Ｔ Ｎｉ Ｈｂ 和 Ｔ Ｎ Ｈｆ 。 一 ２ 。
表 ２ Ｔ— ｉ－ 合 金 的 成 分 与 相 变 温 度 ｉ —Ｉ Ｎ Ｉｆ
Ｔａ ｌ Ｔｈ ｏ ｏ ｉｉｎ ａ ｄｐ ａ ｅ ｔａ ｓｏ ｍ ａｉｎ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｆＦｉ — ｌ ｙ ｂｅ ２ ｅｃ ｍｐ ｓｔｏ ｎ ｈ ｓ ｒ ｎ ｆｒ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅｏ — Ｈｆａｌ ｏ Ｎｉ ｏ
本 文综 述 了 Ｔｉ — 高温形 状记 忆合 金 的研究 进展 ， － Ｈｆ Ｎｉ 简 要 介 绍 了合金 的制 备 加 工 方法 ， 点 叙 述 了相 变 特性 、 微 重 显 组 织结 构 、 程及 双 程形 状 记 忆 效 应 、 弹性 行 为及 机 械 特 单 超
性， 并指 出 了相应 的微观 机理 。
注， 并得 到广 泛研 究 。
制造方便 、 性价 比高
可 板、
［０ １］
ｓ
熔 纺 薄带法 真 空 白 熔炼 法 耗 悬 浮熔 炼法 等 离子 电弧熔 炼法 合金 污染小 、 成分 易控 制 真空 感应 熔炼 法
［４ １］ Ｅ５ １］ ［６ １２ ［７ １］ ［８ １］