形状记忆合金原理
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（Shape Memory Alloy，SMA）是指在外力驱动下可以产生形状记忆效应的金属合金，其最重要的特性是在一定范围内可以自恢复原始形状，同时具备优异的力学性能、良好的耐腐蚀性能及高温稳定性等优点。
SMA最早是在1962年由William Buehler 提出的，自此以后，SMA就被广泛研究并应用于不同领域。
SMA的特性是由其所具备的晶体结构和相变特性所决定的，SMA常见的结构类型有Cu-Zn-Al、Ni-Ti、Cu-Al-Ni、Fe-Mn-Si等。
其中，最为常用的是Ni-Ti SMA，这种合金具有良好的形状记忆效应和超弹性特性，是目前最为常用的SMA之一。
当SMA处于高温相（austenite相）时，晶体结构稳定，SMA可以被加工成任意形状。
当外界作用力使SMA在相变温度下降到低温相（martensite相），晶体结构失稳，原本具有的形状记忆效应就会被激发出来。
这种相变是可逆的，可以产生与消失形状记忆效应，从而使SMA表现出自修复、自调整和自适应等功能，被广泛应用于机械、微机电、汽车、医疗等领域。
SMA在机械系统中有广泛应用，例如：在阀门、制动系统、传感器和运动控制系统中使用的SMA弹簧、阀杆、马达和块体，以及金属粉末成型制造的SMA零件，可以安装在汽车和航空航天系统上，在温度和振动变化等条件下，能保障系统的性能稳定和安全可靠。
SMA在医疗系统中的应用也非常广泛，例如利用SMA刀具控制机械手的运动，可以在手术中进行精确的切割和缝合。
同时，利用SMA在不同温度下的形状变化，可以制造热敏支架、热敏钩子和热敏衬垫等医疗器械，可以在体内完成自动放置和释放、自由展开和收缩等操作，很好地解决了手术中的一些难题。
SMA还广泛应用于微纳机电系统（MEMS）中，例如利用SMA薄片可控制悬臂梁的挠度和弯曲，从而实现无线通信、火灾预警、生物传感和关节外科等微型器件。
此外，利用SMA 的变形能力和自恢复特性，也可以制造可变形的电缆、活塞和电子插头等调节设备，实现快速、准确、稳定和可靠的微调控制。
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智能材料，具有在受到外界刺激后恢复原本形状的特性。
它的机理及应用在材料科学领域引起了广泛的关注和研究。
本文将详细介绍形状记忆合金的机理以及其在各个领域的应用。
形状记忆合金的机理是由于其在相变时具有记忆性能。
通常形状记忆合金是一种金属合金，最常见的是钛镍合金。
当形状记忆合金处于高温相时，它可以被塑性变形，而当温度下降时它会回复原来的形状。
这种特性是由于形状记忆合金中存在马氏体相和奥氏体相两种组织结构。
由于形状记忆合金具有记忆形状的特性，它在各个领域都有着广泛的应用。
在医疗领域，形状记忆合金常用于医疗器械的制造。
例如在心脏手术中，可以使用形状记忆合金制成的支架，当支架导入到体内后可以根据体温发生形状变化，从而将支架固定在需要的位置。
形状记忆合金还可以应用于航空航天领域。
例如在航天器的发动机中，形状记忆合金可以用于制造喷嘴部件。
当喷嘴受到高温气流的冲击时，可以通过形状记忆合金的相变来保持喷嘴结构的稳定性，确保发动机的正常工作。
在建筑领域，形状记忆合金也有着广泛的应用前景。
例如可以用于地震防护结构中，当建筑物受到地震力作用时，形状记忆合金可以通过相变来调整结构的形状，减小地震对建筑物的影响。
形状记忆合金还可以用于高端制造领域。
例如在精密仪器的制造中，可以使用形状记忆合金制成的零部件，通过温度的变化来调整零部件的形状，从而实现精密的控制。
形状记忆合金是一种具有智能材料特性的材料，其机理是由于相变具有记忆形状的能力。
形状记忆合金具有着广泛的应用前景，在医疗、航空航天、建筑和高端制造等领域都有着重要的应用价值。
相信随着技术的不断进步，形状记忆合金的应用领域将会更加广泛，为人类社会的发展带来更多的便利和进步。
形状记忆合金原理
形状记忆合金原理
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种具有形状记
忆能力的特殊合金，其在受到应力或变形后可以自动回复到原来任意形状
和尺寸，是一种智能材料。
一般由钢等热处理后形成的高强度合金，如果
该合金中包括一定量的特殊金属元素铬、锰、钛、铅、铝等，就会具有形
状记忆能力。
具体原理是在合金中特殊元素受热后，在温度上出现两个转
变点，这两个转变点两侧的金属组织具有不同的结构和性能，其中一种结
构可以被一定程度地力学变形，而另一种结构则拥有更高的强度和刚性，
其可以抵抗变形，形状记忆合金在室温处于抗变形组织状态，在100℃之
下则又处于可变形状态，这时原有形状受到改变变形，当金属回到室温时，它又可以恢复原来的形状。
第5章-形状记忆合金
5.1 形状记忆原理
5.1.1 热弹性马氏体相变
马氏体相变首先在钢中发现。
钢（碳溶解到γ——铁中形成的固溶体）在高 温时形成奥氏体相，如以极大的冷却速度过冷 到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩 散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱 和的α固溶体，称为马氏体。
马氏体相变之后在钛、锂等金属，合金 及氧化物晶体中发现。
解决措施：
（1）冷加工：对 该状态的材料进 行 应 变 量 大 于 20 ％的深度加工， 产生高密度位错 提 高 σs( 滑 移 形 变 抗力)，可消除上 述影响。
（2）时效处理使 合金形成稳定析 出物，也可以阻 止滑移形变的进 行，达到稳定相 变温区的目的。
图5-11 Ti-Ni50.6(at)％合金时效处理后的相变热循环 (1273K/3.6ks固溶，673K/3.6ks时效)
（2）形变循环的影响及措施：
形变循环对伪弹性的影响除应力大小外， 与形变方式也有很强的依存关系。
措施：对时效处理材料进行冷加工的综 合处理或“训练”，可以维持更稳定的伪弹 性动作。
过程4：
将变形马氏体加热到As点以上，马氏体 发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低， 转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一 个位向—母相原来的位向。尤其当母相为长 程有序时，更是如此。当自适应马氏体片群 中不同变体存在强的力学偶时，形成单一位 向的母相倾向更大。逆转变完成后，便完全 回复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢 复。
1. Ti-Ni合金结构
Ti-Ni合金中有三种金属化合物：Ti2Ni，TiNi 和TiNi3，TiNi的高温相是CsCl结构的体心立方晶 体(B2)，低温相是一种复杂的长周期堆垛结构B19， 属单斜晶系。高温相(母相)与马氏体之间的转变温 度(Ms)点随合金成分及其热处理状态而改变。
磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用
磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用磁控形状记忆合金执行器是一种新型的智能材料执行器，利用形状记忆合金的特殊性质，能够实现快速、准确的运动控制。
本篇文档将介绍磁控形状记忆合金执行器的工作原理及其应用。
1. 工作原理磁控形状记忆合金执行器是由形状记忆合金丝和磁控软磁铁两部分组成。
软磁铁将磁场输送到形状记忆合金丝中，通过磁力作用控制形状记忆合金丝的形状变化，从而实现执行器的启动和控制。
具体来说，当软磁铁施加磁场时，会引起形状记忆合金丝的形状变化。
形状记忆合金丝的形状变化激发了质量重组，获得更高的能量状态。
此时，形状记忆合金丝的透磁率比软磁铁更高，磁控软磁铁施加的磁场会受到形状记忆合金丝的影响，导致磁场方向的变化，从而调节形状记忆合金丝的形状和力量。
2. 应用磁控形状记忆合金执行器的应用具有广泛的前景，可以应用于机械、电力、电子、医疗等领域。
以下是具体应用的几个方面：(1) 机器人机器人技术是近年来发展十分迅速的一门技术。
磁控形状记忆合金执行器具有迅速响应、高精度、小体积的特点，可应用于机器人关键部件的驱动与控制。
(2) 医疗器械磁控形状记忆合金执行器具有快速响应和无空气污染等特点，可应用于医疗器械的高精度控制中，例如精密手术器械、心脏起搏器等。
(3) 动力系统磁控形状记忆合金执行器可用于动力系统中，例如汽车、飞机等。
通过冷却和加热形状记忆合金来实现发动机的冷却和加热，从而增强机器工作的效率和稳定性。
(4) 电子技术磁控形状记忆合金执行器可应用于电子技术领域，例如可用于快速响应的机械开关、高精度的自动对焦装置等。
总之，磁控形状记忆合金执行器的应用十分广泛，具有不少的优势。
在未来的发展中，相信磁控形状记忆合金执行器会有更广阔的前景和更重要的地位。
形状记忆合金原理
形状记忆合金原理形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，它可以在受到外界刺激后恢复到其原本的形状。
这种材料的原理是基于其微观结构和相变特性，通过外界刺激实现形状的变化和恢复。
形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用，其原理和性能备受关注。
形状记忆合金的原理主要基于其晶体结构和相变特性。
晶体结构是材料内部原子排列的规律性，形状记忆合金的晶体结构具有特殊的特点，使其在受到外界刺激后能够发生相变。
相变是指材料在一定条件下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程，形状记忆合金通过相变实现形状的变化和恢复。
形状记忆合金的应用领域非常广泛，其中医疗领域是其重要的应用之一。
形状记忆合金可以制成医疗器械，如支架和植入物，通过其形状记忆的特性可以在植入后恢复到原本的形状，从而减少手术创伤和提高治疗效果。
此外，形状记忆合金还可以用于制作牙齿矫正器和矫形器等医疗器械，为患者提供更加舒适和有效的治疗方案。
在航空航天领域，形状记忆合金也有着重要的应用。
由于其轻量化和形状记忆的特性，形状记忆合金可以制成航空航天器件的关键部件，如襟翼、起落架和阀门等。
这些部件在受到外界刺激后可以实现形状的变化和恢复，从而提高航空航天器件的性能和可靠性。
此外，形状记忆合金还可以用于汽车领域。
通过在汽车零部件中应用形状记忆合金，可以实现汽车零部件的自修复和形状调整，从而延长零部件的使用寿命和提高汽车的安全性能。
总的来说，形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，其原理基于晶体结构和相变特性。
形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用，通过其形状记忆的特性可以实现形状的变化和恢复，为各个领域提供了全新的解决方案。
随着材料科学的不断发展，相信形状记忆合金在未来会有更加广阔的应用前景。
形状记忆合金工作原理
形状记忆合金工作原理“哎呀，这形状记忆合金可真是神奇啊！”学生小明在课堂上发出这样的感叹。
那到底什么是形状记忆合金呢？其实啊，形状记忆合金是一种具有特殊性能的材料。
它之所以被称为形状记忆合金，是因为它能够“记住”自己原来的形状。
咱就拿常见的镍钛合金来说吧。
镍钛合金在一定温度下会呈现出一种特定的形状，当你把它变形后，比如把它弯曲或者拉伸，只要给它加热到一定温度，它就会神奇地恢复到原来的形状。
这是为啥呢？这就得从它的微观结构说起了。
在合金内部，存在着两种不同的晶体结构相，一种是高温下的奥氏体相，另一种是低温下的马氏体相。
当合金处于低温时，它是马氏体相，比较软，可以被变形。
而当加热到一定温度时，就会转变为奥氏体相，这时合金就会恢复原来的形状。
这种特性在很多领域都有重要的应用呢。
比如说在医疗领域，就有用形状记忆合金制作的医疗器械。
像心脏支架，就是用镍钛合金做的。
在手术中，医生把支架压缩到很小的尺寸，通过导管送到病变部位，然后当支架到达体内合适位置时，通过体温加热，支架就会自动展开，支撑起血管，恢复血管的通畅。
再比如在航空航天领域，也能看到形状记忆合金的身影。
有些航天器上的部件就用到了这种材料，它可以在特定的温度下自动变形或恢复形状，从而实现一些特殊的功能。
生活中也有它的应用哦。
有些眼镜框就是用形状记忆合金做的。
如果你不小心把眼镜框坐变形了，别担心，用热水泡一泡，它可能就又恢复原形啦。
同学们，这下你们知道形状记忆合金的工作原理了吧。
它就是这么神奇，靠着独特的微观结构和性能，给我们的生活和科技带来了很多便利和创新。
所以啊，大家要好好学习科学知识，以后说不定还能发现更多像形状记忆合金这样神奇的材料呢！。
形状记忆合金材料
3.铁系形状记忆合金
•
与Ni-Ti基及Cu基合金相比，铁基合金价格低、
加工性好、机械强度高、使用方便。目前已发现
的铁基形状记忆合金的成分、结构和性能，其中
应用前景最好的合金是FeMnSiCrNi和FeMnCoTi
系。
铁基形状记忆合金的成分和性能
四、形状记忆合金的应用
却到Ms点以下，马氏体晶核随温度下降逐渐长大，弯度回升
是马氏体片又反过来同步地随温度上升而缩小，这种马氏体 叫热弹性马氏体。
•
•
在Ms以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，
形成的马氏体叫应力诱发马氏体。 有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时马氏 体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马 氏体叫应力弹性马氏体。
•
如在NiTi合金中,加入W,会产生明显的固溶 强化,提高NiTiW合金的强度和力学性能。但是W
的加入不会改变整个NiTi合金的相变温度。
2.Cu系形状记忆合金
•
Cu基记忆合金分为Cu-Al系和Cu-Zn系,比NiTi
合金生产成本低(10%),而且加工性能好,应用日益
广泛,但是相变温度稳定性差,韧性不好;但是价格
四、形状记忆合金的应用
五、形状记忆合金的发展
六、形状记忆合金的制备
一、形状记忆效应
原来弯曲的合金丝被拉直后，当温度升高到 一定值时，它又恢复到原来弯曲的形状。人们把 这种现象称为形状记忆效应（SMF），具有形状
记忆效应的金属称为形状记忆合金（SMA）。
形状记忆效应有三种形式:单程形状记忆效应，
双程形状记忆效应，全程形状记忆效应。
4.马氏体相变
•
形状记忆合金原理
形状记忆合金原理形状记忆合金是一种具有记忆性能的特殊合金材料，它可以在受到外部作用力后发生形状变化，并在去除外部作用力后恢复原来的形状。
这种材料的原理和应用领域备受关注，下面我们来详细了解一下形状记忆合金的原理。
形状记忆合金的原理主要基于固体相变的特性。
在形状记忆合金中，存在两种不同的相，奥氏体相和马氏体相。
奥氏体相是高温相，具有高度的可塑性和变形能力；而马氏体相是低温相，具有形状记忆和超弹性的特性。
当形状记忆合金处于高温状态时，其结构为奥氏体相，可以通过外力进行塑性变形；当形状记忆合金冷却到低温状态时，奥氏体相会转变为马氏体相，此时合金会恢复原来的形状。
形状记忆合金的形状记忆效应主要来源于马氏体相的相变特性。
当形状记忆合金处于低温状态时，施加外力使其发生形变，此时合金内部的马氏体相会发生相变，从而储存了外力作用下的形状信息；当形状记忆合金再次升温到高温状态时，马氏体相再次转变为奥氏体相，合金会恢复储存的形状信息，从而实现形状记忆效应。
形状记忆合金的应用领域非常广泛，主要包括医疗器械、航空航天、汽车制造等领域。
在医疗器械领域，形状记忆合金可以应用于支架、植入物等器械中，利用其形状记忆效应实现精准植入和形状调整；在航空航天领域，形状记忆合金可以应用于航天器的部件制造，利用其超弹性和形状记忆效应提高航天器的可靠性和安全性；在汽车制造领域，形状记忆合金可以应用于汽车零部件的制造，例如车身结构、传动系统等，利用其超弹性和形状记忆效应提高汽车的安全性和舒适性。
总之，形状记忆合金的原理基于固体相变特性，其形状记忆效应来源于马氏体相的相变特性。
形状记忆合金在医疗器械、航空航天、汽车制造等领域具有重要的应用前景，可以为这些领域的发展带来新的突破和进步。
希望通过本文的介绍，能够更好地了解形状记忆合金的原理和应用，为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
记忆合金的原理和应用视频
记忆合金的原理和应用视频原理介绍记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，其最显著的特点是可以在加热后恢复到其原始形状。
这种形状记忆效应可以归因于合金内部的晶体结构的变化。
记忆合金通常由镍、钛和铜等元素组成，被称为“铁氧体”。
合金的形状记忆效应是由于合金内部存在两种不同的晶体结构，即马氏体和奥氏体。
在室温下，记忆合金处于奥氏体相，这时材料可以被随意变形。
当合金加热到固定温度（通常为材料转变温度的上限），晶体结构会发生变化，从奥氏体相转变为马氏体相。
这种转变是由于晶格中的原子重新排列，从而导致形状的变化。
当记忆合金冷却后，它会恢复到最初的形状，这是因为晶格重新排列回到奥氏体相。
这种形状记忆效应的应用非常广泛，包括医疗设备、航空航天、电子设备等领域。
记忆合金的应用领域记忆合金的应用领域非常广泛，以下是一些主要的应用领域：1.医疗设备领域：–矫形器：记忆合金可以用于制作矫形器，帮助治疗骨折、脊柱疾病等。
记忆合金的弹性和形状记忆特性可以在加热后调整矫形器的形状，使其适应患者的需求。
–血管支架：记忆合金可以制作用于血管扩张的支架，其可以在经过血管后自动恢复到原始形状。
2.航空航天领域：–飞机折叠翼：记忆合金可以制作折叠翼，以便在起飞和降落时减小飞机的空气阻力。
通过加热记忆合金，折叠翼可以在空中展开并恢复到设计形状。
–航天器部件：记忆合金可以用于制作航天器的各种部件，如扩展天线、连接器和阀门等。
它们可以通过加热控制形状和位置。
3.电子设备领域：–光纤连接器：记忆合金可以制作用于光纤连接器的弹簧，从而提供可靠的光缆连接。
–连接线：记忆合金制成的连接线可以根据需要改变形状，适应不同的装置和环境。
4.汽车领域：–超级弹簧：记忆合金可以制作超级弹簧，比传统弹簧具有更好的弹性和耐用性。
这些弹簧可以用于悬挂系统和减震器等部件，提供更平稳的乘坐体验。
结论记忆合金是一种具有独特性能的金属材料，其形状记忆效应广泛应用于医疗设备、航空航天、电子设备和汽车等领域。
形状记忆合金及其应用
①TiNi系列，发生体心立方——无公度相——菱方R相——单斜BI9相变。包括TiNi、TiNiFe、TiNiCu、TiNiNb(宽滞后)、TiNiCo等。
②β铜基合金系，包括:Cu-Al-Ni(Cu-Al-X=Ti或Mn),发生体心立方—近正交γ1’（2H）或单斜β1’（18R1）,γ1’—单斜β1”（18R2），β1”--单斜α1, β1’--单斜α1相变（视应力大小而定）；Cu-Zn-Al-X（Cu-Zn-Al-X，X=Mn或Ni等），发生体心立方（β2、DO3或Lα1）--单斜9R或18R相变；其它，如Cu-Zu和Cu-Zn-X（X=Si、Sn、Au等）。
六、形状记忆合金的主要应用
SMA由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。
仅以TiNi形Biblioteka 记忆合金为例。1、SMA薄膜在MEMS驱动和传感元件上的应用：日本东京大学的Nakamrua等人[8]研制了SMA薄膜环形微驱动器。采用TiNi泵膜的微泵一次循环中可产生8%的应变，泵程输出的流体体积与可恢复应变是成正比的,因此TiNi薄膜在微泵方面具有很好的应用前景。
在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。
按照记忆效应不同，可分为三类：
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。
形状记忆合金及其应用
一、何为形状记忆合金
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。
记忆金属原理
记忆金属原理记忆金属原理记忆金属又叫形状记忆合金。
上个世纪70年代，世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。
原理：记忆金属是利用某些合金在固态时其晶体结构随温度发生变化的规律。
例如，镍-钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的，但温度在40℃上下变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。
这里，40℃就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。
各种合金都有自己的变态温度。
上述那种高温合金的变态温度很高。
在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。
在室温下强行把它拉直时，它却处于不稳定状态，因此，只要把它加热到变态温度，它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。
50字以内概括记忆金属的原理目前已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等. 工业应用：（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复.如管接头、天线、套环等. （2）外因性双向记忆恢复.即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作,如热敏元件、机器人、接线柱等. （3）内因性双向记忆恢复.即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作,如热机、热敏元件等.但这类应用记忆衰减快、可靠性差,不常用. （4）超弹性的应用.如弹簧、接线柱、眼镜架等. 医学应用：TiNi合金的生物相容性很好,利用其形状记忆效应和超弹性的医学例项相当多.如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等.记忆金属回复原装不是违背了力学原理吗记忆金属又叫形状记忆合金。
上个世纪70年代，世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。
记忆合金是一种颇为特别的金属条，它极易被弯曲，我们把它放进盛着热水的玻璃缸内，金属条向前冲去；将它放入冷水里，金属条则恢复了原状。
在盛着凉水的玻璃缸里，拉长一个弹簧，把弹簧放入热水中时，弹簧又自动的收拢了。
凉水中弹簧恢复了它的原状，而在热水中，则会收缩，弹簧可以无限次数的被拉伸和收缩，收缩再拉开。
记忆合金的原理
记忆合金的原理记忆合金是一种具有特殊记忆能力的材料，它可以在受到外界刺激后发生形变，并在刺激消失后恢复到其原始形态。
这种材料的原理可以归结为两个关键概念：形状记忆效应和超弹性效应。
形状记忆效应是指记忆合金在受到外界刺激后，能够从其变形状态恢复到其原始形态。
这一效应源于记忆合金晶体结构的特殊之处。
记忆合金通常由两个或更多种金属元素组成，如镍钛合金（Nitinol）。
在记忆合金的晶体结构中，存在两种不同的相态，即奥氏体相和马氏体相。
奥氏体相具有高温下的稳定结构，而马氏体相则具有低温下的稳定结构。
记忆合金在高温下会呈现奥氏体相，而在低温下则会转变为马氏体相。
当记忆合金处于高温状态时，其晶体结构处于奥氏体相，此时材料具有良好的可塑性和可加工性。
但是，当记忆合金被快速冷却至低温时，晶体结构会发生相变，转变为马氏体相，并且会发生形状记忆效应。
在这个过程中，记忆合金会发生形状变化，例如被拉伸的记忆合金条可以被弯曲成任意形状。
当外界刺激消失后，记忆合金会通过加热恢复到高温状态，此时晶体结构再次转变为奥氏体相。
在这个过程中，记忆合金会回到其原始形态，恢复到之前的拉伸状态。
这种形状记忆效应使得记忆合金在很多领域都有广泛的应用，例如医疗领域的支架和矫形器、航空航天领域的舵面和襟翼、汽车领域的阀门和传感器等。
超弹性效应是记忆合金的另一个重要特性。
在记忆合金的马氏体相中，存在一种特殊的应力诱导相变现象，即当记忆合金受到外界应力时，会从马氏体相转变为奥氏体相。
这种相变会导致记忆合金发生弹性形变，即使在大应力下也不会发生永久形变或破坏。
超弹性效应使得记忆合金具有出色的抗形变和回弹能力，可以在受到外界应力后迅速恢复到其原始形态。
这种特性使得记忆合金在航空航天领域的减震器和阻尼器、医疗领域的支架和植入物等方面有着广泛的应用。
总的来说，记忆合金是一种具有特殊记忆能力的材料，其原理基于形状记忆效应和超弹性效应。
这些特性使得记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用前景。
金属功能材料-3-形状记忆合金
发展历程
起源
形状记忆合金最初在20世纪30年代被发现，但直到1960年代才开 始受到广泛关注。
应用拓展
随着研究的深入和技术的发展，形状记忆合金的应用领域不断拓展， 涉及航空航天、医疗器械、汽车等多个领域。
未来展望
随着科技的不断进步和应用需求的增加，形状记忆合金在未来有望 在更多领域得到应用，并发挥重要作用。
其应用领域。
多功能形状记忆合金
02
开发同时具备形状记忆效应、超弹性、阻尼性能等功能的合金，
满足更复杂的应用需求。
生物相容性形状记忆合金
03
研究可用于生物医学领域的生物相容性形状记忆合金，如用于
人体植入物的材料。
技术创新
01
02
03
加工工艺改进
优化现有加工工艺，提高 形状记忆合金的制造成本 和效率。
金属功能材料-3-形状记忆合金
目录
• 形状记忆合金简介 • 形状记忆合金的应用 • 形状记忆合金的未来发展 • 形状记忆合金面临的挑战与解决方案
01
形状记忆合金简介
定义与特性
定义
形状记忆合金是一种具有形状记 忆功能的金属材料，能够在加热 或冷却过程中恢复其原始形状。
特性
具有高强度、高弹性、耐腐蚀、 耐磨等特点，同时能够在变形后 恢复原始形状，广泛应用于航空 航天、医疗器械、汽车等领域。
其他领域
智能机器人
形状记忆合金可以用于智能机器人的关节和执行器，实现机器人的自适应运动和精确控制。
智能纺织品
形状记忆合金可以与纺织品结合，制作智能纺织品，如智能服装、智能鞋帽等，实现服装的自适应调整和智能化 管理。
03
形状记忆合金的未来发 展
新材料研发
形状记忆合金
② 双程形状记忆处理 a、强制变形 是指对低温马氏体状态下的合金进行一定限度的、10％以上的强制变 形。 b、约束加热 是使处于马氏体状态下的合金变形，并将变了形的形状约束固定下来， 然后再将合金加热到高于Af温度50℃，甚至更高一些温度进行保温时 效处理的方法。也称为约束时效。 c、训练 是先将合金变形到估计能够回复的程度，然后将合金加热，使它回复 原来的形状，再反复多次地重复上述变形、加热过程，即可得到双程 形状记忆效应。
高温相或母相为β固
溶体，具有B2结构， 即体心立方点阵 。 淬火后得到马氏体β΄， β΄具有复杂的长周期堆
垛结构，属于单斜晶系。
2、Ti—Ni合金的形状记忆特性
形状记忆特性指标：
相变温度：Ms、Mf、As、Af。 温度滞后：指马氏体相变开始温度和逆相变开始温度的差 值，As－Ms。 形状回复量：反映形状记忆合金随温度变化所表现出来的
特点：既能记忆母相的形状，也能记忆马氏体相的形状。 当加热发生马氏体逆转变时，对母相有记忆效应，能够恢 复到母相的形状；而当从母相再次冷却为马氏体时，又可 以恢复到马氏体的形状。
（c）称为全方位形状记忆效应。 特点：在冷热循环过程中，形状回复到与母相完全相反的 形状。
许多形状记忆合金还具有相变伪弹性效应。
强烈的加工硬化现象，以及形状记忆和伪弹性效应。所以，
Ti—Ni合金的冷拔、切削加工、钻孔等都有一定难度。切 削时，即使采用高速钢，都很困难，一般要采用硬质合金
刀具。
（3）形状记忆处理
① 单程形状记忆处理
a、中温处理 将冷加工后的材料按照所需要的形状加工成型后，在400℃～500℃之间
进行几分钟～几个小时的加热保温的一种工艺。
b、低温处理 是先在800℃以上的高温下使合金材料完全退火，然后在室温下成型加
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，又称记忆合金，是一种具有记忆性能的特殊金属合金材料。
它能够在一定温度范围内实现弹性形变，并且在去除外力的情况下能够恢复原来的形状。
这种神奇的材料被广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车制造等领域，具有非常重要的意义。
形状记忆合金的机理形状记忆合金是由金属元素和非金属元素的合金组成，其最著名的代表是镍钛合金（NiTi）。
这种合金具有独特的内部晶体结构，在一定温度范围内具有“记忆效应”。
形状记忆合金的记忆效应是由于其内部晶体结构的变化而产生的。
在形状记忆合金的相变温度范围内，晶体结构由低温相变为高温相，这种相变过程伴随着晶格的变化。
当形状记忆合金在高温相状态下被弯曲或拉伸，然后在低温相状态下重新加热时，晶体结构发生改变，原本被弯曲或拉伸的部分会恢复到原来的状态，这就是形状记忆合金的记忆效应。
1. 医疗器械领域形状记忆合金在医疗器械领域有着广泛的应用。
比如在心脏支架的制造中，形状记忆合金能够在体内被压缩成小体积，通过血管输送到需要的位置后再恢复成原来的形状，起到支撑作用。
在牙齿正畸治疗中，也可以使用形状记忆合金制成的矫正器，通过温度变化来调整器件的形状，从而达到矫正牙齿的目的。
2. 航空航天领域在航空航天领域，形状记忆合金也有着重要的应用。
比如在航空发动机的控制系统中，可以使用形状记忆合金制成的零件来实现精确的控制和调节。
还可以利用形状记忆合金制成的材料来制造航天器的折叠结构，以减小发射时的体积，节约空间和成本。
3. 汽车制造领域在汽车制造领域，形状记忆合金被广泛用于汽车零部件的制造。
比如在汽车发动机的喷油系统中，可以使用形状记忆合金制成的喷嘴，通过温度变化来控制油水的喷射角度和强度，从而提高发动机的燃烧效率。
在汽车碰撞安全系统中，形状记忆合金也可以用来制造碰撞缓冲材料，以提高汽车的碰撞安全性能。
形状记忆合金的原理及应用
形状记忆合金的原理及应用1. 介绍形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，它可以在特定温度下产生可逆形状变化。
形状记忆合金的独特性能使其得到了广泛的应用，包括医疗、航空航天、汽车等领域。
本文将介绍形状记忆合金的原理及其常见的应用。
2. 原理形状记忆合金的主要原理是材料中的固态相变。
当形状记忆合金处于高温状态时，分子结构会发生改变，形成一种称为奥氏体的相。
当材料被快速冷却到低温状态时，奥氏体相会转变成一种称为马氏体的相。
马氏体相具有特殊的形状记忆性能，可以在受到外界刺激时恢复到其初始的形状。
3. 形状记忆合金的应用3.1 医疗领域形状记忆合金在医疗领域有着广泛的应用。
其中，最典型的应用之一是支架植入术中的应用。
形状记忆合金支架可以在导入体内后自动展开到预定位置，从而保持动脉通畅，治疗狭窄或闭塞的血管。
此外，形状记忆合金还可以制作成人工关节、矫正器等医疗器械。
3.2 航空航天领域形状记忆合金在航空航天领域也得到了广泛的应用。
其中一项重要的应用是利用形状记忆合金制作飞机机翼的自适应变形结构。
通过调节形状记忆合金材料的温度，可以实现飞机机翼的形状变化，从而改变飞行性能。
这种自适应变形结构可以提高飞机的机动性和控制性能。
3.3 汽车领域在汽车领域，形状记忆合金主要应用于发动机和刹车系统。
形状记忆合金可以制作成具有恢复性能的活塞环、发电机线圈和刹车片等部件。
这些部件可以在高温和高压环境下正常工作，并具有较长的使用寿命。
形状记忆合金的应用可以提高汽车发动机和刹车系统的性能和可靠性。
3.4 其他领域除了上述应用外，形状记忆合金还在其他领域展示了广泛的应用前景。
例如，形状记忆合金可以应用于智能墙壁和智能窗户等智能建筑材料中，实现自动调节温度和光照。
此外，形状记忆合金还可以用于制作柔性显示屏、智能传感器等电子器件。
4. 结论形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，其原理是基于固态相变。
形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域都有广泛的应用。
记忆合金原理
记忆合金原理
记忆合金是一种具有形状记忆性能的金属合金材料，它能够在受到外界刺激时恢复其预设的形状。
这种材料在许多领域都有着广泛的应用，比如医疗器械、航空航天、汽车制造等。
其原理主要基于金属晶格结构的改变和相变过程，下面我们就来详细了解一下记忆合金的原理。
首先，记忆合金的原理基于其特殊的金相结构。
记忆合金通常是由镍、钛、铜等金属元素组成的合金材料，其晶格结构具有特殊的形状记忆性能。
在特定的温度范围内，记忆合金会呈现出两种不同的相态结构，即奥氏体相和马氏体相。
这两种相态结构的转变是记忆合金实现形状记忆性能的基础。
其次，记忆合金的形状记忆性能与相变过程密切相关。
当记忆合金处于高温状态时，其晶格结构呈现出奥氏体相，此时记忆合金可以被塑性变形成各种形状。
当记忆合金被冷却到特定的温度范围内时，奥氏体相会转变为马氏体相，此时记忆合金会恢复其预设的形状。
这种相变过程是记忆合金实现形状记忆性能的关键。
最后，记忆合金的形状记忆性能还与外界刺激有关。
外界刺激
可以是温度、应力、磁场等因素，这些刺激会导致记忆合金发生相变，从而实现形状记忆性能。
比如在医疗器械中，记忆合金支架可以在体内受到体温的影响而自动展开，起到支撑血管的作用；在航空航天领域，记忆合金可以根据外界温度变化自动调整飞行器的形状，提高其飞行性能。
总之，记忆合金的原理基于其特殊的金相结构和相变过程，通过外界刺激实现形状记忆性能。
这种材料在各个领域都有着重要的应用，未来随着材料科学的发展，记忆合金的性能和应用将会得到进一步的提升，为人类社会带来更多的便利和发展机遇。
记忆合金原理
记忆合金原理
记忆合金是一种能够在受到外界刺激时发生形状记忆效应的特殊材料。
其原理基于晶格结构中的固溶体相变行为。
记忆合金的晶格结构中含有一个或多个形态记忆相和一个或多个弹性相。
当材料处于高温下时，记忆合金处于弹性相，其晶格结构呈现高度有序状态。
然而，当材料在受到冷却等外界刺激时，会发生固溶体相变，从弹性相转变为形态记忆相。
形态记忆相的晶格结构呈现一种失序的状态，其主要由于记忆合金内部存在着一些间隙、错位或原子位置畸变等缺陷引起。
这些缺陷使得记忆合金具备了较高的弹性畸变能，即在形态记忆相的晶格结构中存在大量的弹性能储备。
当材料再次受到外界刺激时，这些储存的弹性能将释放出来，促使记忆合金发生可逆相变，回到最初的有序状态。
此外，记忆合金还具备超弹性效应，即能够在大变形下恢复原形。
这是由于记忆合金具有较高的弹性模量和非线性应变特性所致。
这使得记忆合金在应用中具备了很大的优势，例如可以用于制作弹簧、传感器、执行器等。
总的来说，记忆合金的原理基于固溶体相变和弹性畸变能储备，通过外界刺激来实现形状记忆效应和超弹性效应。
这使得记忆合金成为了一种功能材料，在许多领域有着广泛的应用前景。
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马氏体
变 形 的 三 种 形 式
图3-3 形状记忆效应的三种形式
Question：
F
上述弹簧是否属于记忆合金？
• 补充知识：
•
马氏体最初是在钢中发现的：将钢加热到一定温度后经迅速冷却，得到的能使钢变硬、 增强的一种淬火组织。1895年法国人奥斯蒙为纪念德国冶金学家马滕斯，把这种组织 命名为马氏体。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20 世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和 合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和 Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前 广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。
• 原理2 母相
升温到马氏体转变温度以上
马氏体
将变形马氏体加热到 As 点以上，马氏 体发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低， 转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一 个位向—母相原来的位向。尤其当母相为长 程有序时，更是如此。当自适应马氏体片群 中不同变体存在强的力学偶时，形成单一位 向的母相倾向更大。逆转变完成后，便完全 回复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢 复。
Thank you ！
制作人：化茧成蝶 2012.3.10
马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称 为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面，如镍钢中马氏体在 奥氏体(γ)的{135}上最先形成（图7）。马氏体形成时和母相 • 的界面上存在大的应变。
•
•
马氏体相变具有可逆性。当母相冷却时在一定温度 开始转变为马氏体，把这温度 标作Ms,加热时马氏体逆 变为母相，开始逆变的温度标为As。它们所包围的面积 称为热滞面积, 相变时的协作形变为范性形变时，一般 热滞较大；而为弹性形变时,热滞很小。像Au-Cd这类合 金冷却时马氏体长大、增多，一经加热又立即收缩，甚 至消失。因此这类合金的马氏体相变具有热弹性，称为 热弹性马氏体相变。
如 图 3-2 所 示，记忆合金 的 24 个 变 体 组 成六个片群及 其晶体学关系， 惯习面绕6个 {110} 分 布 ， 形 成6个片群。
图3-2 24个自适应马氏体变体
原理：
• 原理1：
母相
降温、施加外应力
马氏体
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。
现阶段记忆合金工作流程：
某种条件
A 回到初始环境 B
是否存在这种合金：
环或 境者 参在 数某 的种 状条 态件 函下 数︐ ︖合 金 形 状 只 是
A
B
C
形成条件：
从记忆合金的工作状况中，可看出形成记忆合金的以下两个条件。
• 1、形状改变是可逆或半可逆的 • 2、环境的改变能引起形状的改变
• 现已知满足以上条件的合金都有一个很大的特 点——其马氏体相变是热弹性的。 • 其工作形式如下：
相变特征和机制
• •
马氏体相变[1]具有热效应和体积效应，相变过程是形核和长大的过程。 但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。马氏体长大速率一般 较大，有的甚至高达10cm· s。人们推想母相中的晶体缺陷（如位错）的组态 对马氏体形核具有影响，但目前实验技术还无法观察到相界面上位错的组态， 因此对马氏体相变的过程，尚不能窥其全貌。其特征可概括如下： • 马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或 顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺 陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移,这种 位移是切变式的原子位移的结果产生点阵应变(或形变) 。这种切变位移不但 使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。
母相
淬火或冷却、施加外应力 升温到马氏体转变温度以上
马氏体
为什么它们具有这样的性质呢？ 下面我们就进入本节主题
基础知识：
（提问）
1、 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。
2 、以 Cu-Zn 合金为例，合 金相变时围绕母相的一个 特定位向常形成四种自适 应的马氏体变体，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3-1。
图3-1 一个马氏体片群 (a)实线：孪晶界及变体之间的界 面。虚线：基准面； (b)在 (011) 标准投影图中，四个 变体的惯习面法线的位置
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种马氏体变体。每个马氏体片群中的各个 变体的位向不同，有各自不同的应变方向。 每个马氏体形成时，在周围基体中造成了一 定方向的应力场，使沿这个方向上变体长大 越来越困难，如果有另一个马氏体变体在此 应力场中形成，它当然取阻力小、能量低的 方向，以降低总应变能。由四种变体组成的 片群总应变几乎为零，这就是马氏体相变的 自适应现象。
注意：以上原理只适合热弹性，而半热弹性记忆合 金主要是由Shockley构，马氏体为密 排六方结构。由于层错能低，母相中存在 大量层错，马氏体依靠层错行核。
施加外应力，产生Shockley不全位错
母相 奥氏体 升温Shockley不全位错沿反向收缩