形状记忆合金的制备方法作用及发展前景

形状记忆合金的制备方法，作用及发展前景摘要：本论文主要论述形状记忆合金的相关内容，扼要地叙述了形状记忆合金的制备方法，作用，介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。

关键词：形状记忆合金制备方法应用发展前景

引言

形状记忆合金（Shape Memory Alloys,SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较低温度下发生的形变，恢复其形变前原始形状的合金材料。除上述形状记忆效应外，这种合金的。另一个独特性质是在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”（又称“超弹性”，英文pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变。研究表明，很多合金材料都具有SME，但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状恢复力的才具有利用价值。到目前为止，应用最多的是Ni2Ti合金和铜基合金（CuZnAl 和CuAlNi）。

形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料，集感知与驱动于一体的智能材料，因其功能独特，可制作小巧玲珑，高度自动化，性能可靠的元器件而备受瞩目，并获得广泛应用。

正文

一．形状记忆合金的制备方法

形状记忆合金及其制备方法，该合金含有主要合金元素Ti、Zr、Nb及添加元素包括Mo、V、Cr、Sn，并加入元素Al；各组分重量百分比分别为：Ti：46-60，Zr：15-25，Nb：15-25；添加元素选取Mo、V、Cr、Sn其中一种或两种，其重量百分比＜2.0；Al：0.5-2.5。本发明选用的主要合金元素均为对人体无毒性反应且生体适应性良好的物质；经溶解合金化后，该合金具有出色的形状记忆性能及超弹性特点，并可以进行超过50％乃至99％的冷加工变形性。经过固溶、时效处理的合金可在更广的范围内具有较高的形状记忆回复功能、较高的冷加工塑性及对人体无毒性等优良性能。?

二．形状记忆合金的应用

迄今为止，形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用，总的来说，按使用特性的不同，可归纳为下面几类：

（1）自由回复

SMA在马氏体相对产生塑性变形，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。美国航空航天局将Ti2Ni合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条，收缩后安装在卫星内。发射卫星并进入轨道后，利用加热器或者太阳能加热天线，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，通过导管插入静腔，经体温加热后，形状变成网状，可以阻止凝血块流动。有人设想，利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构，即以小体积发射，于空间展开成所需的形状，这是很有吸引力的机构。

（2）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，使动脉瘤块血坏死。本田等人用厚度为0.15mm的Ti2Ni板制作的Ag2TiNi复合夹满足小而轻、装卸简便等要求，效果良好。此外，类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封垫圈、接骨板和脊柱侧弯矫形哈伦顿棒等。

（3）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，是机械装置定位于指定的位置。微型机器人、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。形状记忆合金作用机器智能人的执行器，及传感、控制、换能、制动于一身，具有仿真性好、控制灵活、动作柔顺、无振动噪声、易于结构微型集成化优点。日本的日立公司已研制出具有13个自由度的能捡起鸡蛋的机器人。俄罗斯StlPetersburg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，研制出来拟人机械手，其手抓能移动200KG的物体。该研究小组还给出了手爪的精确控制系统。医学生用到的具有多自由度能弯曲转入肠道内急诊疾病，进行手术的机器人也属于这一类型。现在的大肠镜的直径10~20mm，这种内窥镜的直径为13mm，因此它特别适用于作大肠镜。诊断过程中，医生一边看纤维镜中的图像，一边移动操纵杆给出前端的第1,2节弯曲角指令和内窥镜前进、后退指令，通过计算机进行柔性控制，使内窥镜能够平滑地

沿着通路前进或后退，大大减小了患者的痛苦，也增加了诊断的准确性。随着目前超大规模集成电路技术的飞速发展，可进一步制成微米级甚至更小的超微仿生物。

（4）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、微型仪器舱窗门自动启动、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄露探测器、煤气安全阀、通风管道紧急启动阀门、自动收进烟头的烟灰缸及人工心脏等都属于这种应用的类型。1997年美国航空航天局的科学家利用成3cm，直径0.115mm的Ni-Ti SMA驱动火星探测器上的太阳挡板，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，偏离弹簧重新是挡板复位。挡板的有效开合可起到防尘的目的。

（5）超弹性应用

SMA的伪弹性在医学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的伪弹性的性质。主要有牙齿矫形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti丝、玩具及塑料眼镜框等。Ni2Ti丝用于矫形上，即使应变量高于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，即可保证疗效，也可减轻患者的不适感。

三．形状记忆合金的发展前景

形状记忆材料的开发研究已有50多年，从最初的合金已扩展到陶瓷和高分子材料，并且各种先进的声场工艺技术已被应用到形状记忆材料的研究、开和应用。随着科学技术水平的不断提高，形状记忆合金材料的应用会更加广泛。在形状记忆合