记忆合金论文

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形状记忆合金文献综述

形状记忆合金文献综述

形状记忆合‎金性能及其‎应用综述引言:形状记忆合‎金形状记忆‎效应、超弹性效应‎、高阻尼特性‎、电阻突变效‎应以及弹性‎模量随温度‎变化等一般‎金属不具备‎的力学特性‎,使其在仪器‎仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等‎工程领域都‎能发挥重要‎的作用,对其本构性‎能和在工程‎应用中的性‎能的研究十‎分必要。

本文综合了‎自1971‎年以来国内‎外众多科学‎家对形状记‎忆合金做出‎的各方面的‎研究,并做出简要‎评价,提出自己的‎看法和本课‎题研究内容‎,为对形状记‎忆合金的应‎用研究提供‎一定参考。

国内外研究‎现状:1、SMA材料‎种类研究现‎状自上个世纪‎30年代人‎们发现Au‎-Cd合金具‎有记忆效应‎以来,进过几十年‎的研究,发现的形状‎记忆合金按‎相变特征类‎,可分成如下‎几个系列[1]:1、由热弹性马‎氏体相变呈‎现形状记忆‎效应的合金‎1) TiNi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。

2) β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)。

3)其它有色合‎金系,包括:Au-Cd、Ag-Cd、In-Ti、Ti-Nb、Co-Ni、Ni-Al等。

4) Fe3Pt‎(γ—α’,γ—fct)和Fe-30at%Pd(γ—fct)。

5) Fe-Ni-Co-Ti系,发生时效γ‎一薄片状α‎’(bcc和b‎c t)马氏体相变‎,如Fe-33Ni-l0Co-4Ti、Fe-31Ni一‎I0Co-3Ti及F‎e-33Ni-l0Co-(3~4)Ti-Al等。

形态记忆合金材料论文

形态记忆合金材料论文

题目:关于形态记忆合金的研究进展摘要:形态记忆合金是新兴的材料,本文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。

记忆合金作为一种使用价值比较广泛额材料,我们有理由相信形状记忆合金的发展前途是相当广泛的,也必将造福于人类。

此外,通过这些介绍使人们能够真正的理解和认识这种新的材料——形态记忆合金。

关键字::形状记忆合金、探索、各领域应用、形状记忆合金效应正文:一,形态记忆合金简介。

形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。

形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。

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回复力的,才具有利用价值。

到目前为止,应用得最多的是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,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛关注。

二、形态记忆合金分类及原理形态记忆合金种类繁多,在现在情况来看,记忆合金主要分为以下几种:(1)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。

(2)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。

(3)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。

至今为止发现的记忆合金体系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、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。

形状记忆合金论文

形状记忆合金论文

形状记忆合金摘要:扼要地叙述了形状记忆合金及其机理, 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、形状记忆合金效应、应用引言:有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ,简称为SMA) ,这种能力亦称为形状记忆效应(Shape Memory Effect , 简称为SME) 。

通常,SMA 低温时因外加应力产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。

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回复力的,才具有利用价值。

到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。

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氏体相变。

一、形状记忆合金的发展史最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。

他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象,但当时并未引起人们的广泛注意。

直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了材料科学界与工业界的重视。

到70年代初,CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。

几十年来,有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题,并为此召开了多次专题讨论会,不断丰富和完善了马氏体相变理论。

在理论研究不断深入的同时,形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步,其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。

二、形状记忆效应机理a) 单程SME b) 双程SME btpsfa 为SME cdcjc 为伪弹性图1 形状记忆效应示意图图2 形状记忆合金应力—应变—温度关系示意图图1 直观地示意出合金的形状记忆效应。

形状记忆合金的制备与应用研究

形状记忆合金的制备与应用研究

形状记忆合金的制备与应用研究嘿,咱们今天来聊聊形状记忆合金这个神奇的东西,特别是它的制备方法和广泛应用。

我先给您讲讲我曾经的一次经历,那可真是让我对形状记忆合金印象深刻。

有一次,我去参加一个科技展览,在那里看到了一个形状记忆合金制成的小玩意儿。

那是一个用形状记忆合金做成的花朵形状的饰品,一开始它是闭合的,就像一朵害羞的小花苞。

但当工作人员用特殊的加热装置给它加热之后,哇塞,那朵小花瞬间绽放,花瓣一片片舒展开来,简直太美了!当时我就被这神奇的变化给迷住了,从那时候起,我就对形状记忆合金产生了浓厚的兴趣。

那到底什么是形状记忆合金呢?简单来说,就是一种在一定条件下能够恢复到原来形状的特殊合金。

它具有独特的性能,这使得它在很多领域都大显身手。

咱们先来说说形状记忆合金是怎么制备的。

制备形状记忆合金可不是一件简单的事儿,需要一系列复杂而精细的工艺。

一般来说,常用的制备方法有熔炼法、粉末冶金法等等。

熔炼法呢,就像是在打造一把宝剑,需要把各种金属原料按照一定的比例放进高温熔炉里,让它们充分融合。

这过程就像一场激烈的化学反应,各种元素相互碰撞、融合,最终形成我们想要的合金。

这个过程中,温度、时间、搅拌速度等因素都得控制得恰到好处,稍有不慎,可能就会前功尽弃。

粉末冶金法也很有意思。

先把金属粉末准备好,然后通过压制、烧结等步骤,让这些粉末变成一块坚固的合金。

这就像是在做一个拼图游戏,只不过这个拼图的每一块都特别小,而且要拼得严丝合缝,才能得到完美的作品。

说完了制备,咱们再看看形状记忆合金都有哪些令人惊叹的应用。

在医疗领域,它可是立下了汗马功劳。

比如说,有一种用形状记忆合金制成的心脏支架。

在植入人体之前,它被压缩成很小的尺寸,方便医生通过导管将其送到病变部位。

一旦到达指定位置,通过体温或者外部的刺激,它就能自动展开,支撑起血管,恢复血管的通畅。

这就像是一个小小的“超级英雄”,默默地守护着我们的健康。

在航空航天领域,形状记忆合金也发挥着重要作用。

记忆合金材料的研究与发展

记忆合金材料的研究与发展

记忆合金材料的研究与发展记忆合金材料(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种具有形状记忆性能的特殊材料,其可以在受力后产生可逆的形状变化,并在消除受力后恢复原状。

这种独特的记忆性能使得记忆合金材料在多个领域中得以广泛应用,例如航空航天、汽车、医疗器械等等。

在记忆合金材料的研究与发展中,人们不断探索其性能和应用的潜力。

记忆合金材料最早是在20世纪50年代由美国海军研究实验室(Naval Ordnance Laboratory)的J. Perkins教授和其团队发现的。

最早的记忆合金材料是铜铝合金,但在后来的研究中,发现了其他种类的合金材料,如镍钛合金(Ni-Ti合金)和铜锌铝合金(Cu-Zn-Al合金)等。

记忆合金材料的研究主要包括两个方面,即合金的成分与制备工艺以及形状记忆性能的研究。

合金的成分与制备工艺直接决定了合金的性能和应用范围。

不同的合金成分可以使记忆合金材料具有不同的形状记忆性能和机械性能。

制备工艺的改进可以提高合金的制备效率和质量,同时控制合金的微观结构和相变温度。

形状记忆性能的研究则涉及合金的相变机制、相变温度和应力响应等方面。

记忆合金材料的形状记忆性能主要是由于合金的相变特性所致。

在记忆合金材料中,其晶体结构可存在两种形态,即高温相和低温相。

高温相具有高弹性模量和低回弹性,而低温相则具有低弹性模量和高回弹性。

通过一定的热处理和变形,可以在记忆合金材料中形成高温相或低温相,从而使材料产生形状记忆效应。

当材料受到外界力的作用时,会发生相变并产生形状变化,一旦取消外界力,材料会自动恢复到原始形状。

这种形状记忆性能使得记忆合金材料在很多领域中具有广泛的应用前景。

记忆合金材料的研究与应用面临着一些挑战。

首先,记忆合金材料的相变温度和应力响应还需要更好地控制。

不同的应用领域对合金的性能要求不同,需要根据具体应用进行合金的设计和优化。

其次,记忆合金材料的制备工艺还需要进一步改进和优化,以提高合金的制备效率和质量。

记忆合金材料的研究与发展

记忆合金材料的研究与发展

记忆合金材料的研究与发展记忆合金材料(Shape Memory Alloy,SMA)是一种具有形状记忆性和超弹性的材料,它具有广泛的应用前景,可以用于医疗、航空、汽车、建造等诸多领域。

SMA的形状记忆性是指该材料可以在受到外力变形后自动恢复到原来形态,而超弹性是指SMA可以在受到外力时发生超弹性变形,这些独特的特性使得SMA备受瞩目。

SMA的研究起源于20世纪早期,当时,D. Goldstein和A. L. Greer等人随机发现了这种神奇的记忆合金材料。

之后,SMA一直得到全球科学家们的研究和应用。

在过去二十多年的发展过程中,SMA材料已经被广泛运用于航空、汽车、建造、医疗领域等,其中最重要的是航空领域。

SMA材料在航空领域中的作用是可以辅助机翼、空气扰流板等附加部件的自适应变形,以增加机翼的升力和空气动力性能,达到节能效果。

此外,也可以用SMA材料制成机身内部附加支撑系统,保证机身的安全性。

近年来,随着SMA材料的不断改进和应用范围的不断扩大,SMA已经被应用于飞机引擎领域,为飞机制造业带来了巨大的发展机遇。

在汽车制造领域,SMA材料的应用也已经起步。

其主要应用是利用SMA的超弹性和形状记忆性能为汽车制造节能和安全的新材料。

目前,美国通用电气公司已经利用SMA材料研制出一种称之为“Smart Metal”的新型材料,这种材料可以自动调节发动机控制系统,增加汽车的燃油效率和降低排放量。

在建造领域,SMA材料也已经被应用,并取得了一定的成果。

一些大型建筑物,如体育场馆、展览馆、博物馆等都有突出的结构形态和设计需求,SMA材料的结构可实现形状记忆,可用于地震防护、气候适应以及大跨度建筑物中的柱子、梁、拱。

医疗领域是SMA材料的另一大应用领域。

如果将SMA材料放入人体内,当材料受到体温、pH或磁场等外界刺激时,材料即可发生相应的变化,可用于制造支撑、夹持、植入等医用器械方面。

目前,SMA材料的研究和发展已经取得了重大的进展,但是,SMA材料的研究难度大,应用领域复杂,商业化应用仍处于发展初级阶段。

智能材料论文

智能材料论文

智能材料论文智能材料是一种具有自主感知、自适应、自修复和自组装等功能的新型材料,它能够对外界环境做出响应并产生相应的变化。

智能材料的研究和应用已经成为当前材料科学领域的热点之一,其在航空航天、医疗保健、智能机器人等领域具有广阔的应用前景。

智能材料的种类繁多,其中形状记忆合金是一种应用较为广泛的智能材料之一。

形状记忆合金具有记忆形状的特性,可以在外界作用下发生相变,恢复到其记忆形状,因此在医疗器械、航空航天等领域有着重要的应用价值。

除了形状记忆合金,智能聚合物也是一种备受关注的智能材料。

智能聚合物具有响应外界刺激而改变其形态、性能的特点,可以被广泛应用于智能传感器、智能涂料等领域。

另外,碳纳米管也是一种研究热点的智能材料。

碳纳米管具有优异的导电性和力学性能,可以被应用于柔性电子器件、纳米传感器等领域。

在智能材料的研究中,仿生材料也是一个备受关注的方向。

仿生材料以生物体的结构和功能为蓝本,具有优异的生物相容性和生物相似性,可以被应用于人工器官、组织修复等领域。

总的来说,智能材料的研究和应用已经取得了一系列的重要进展,但与传统材料相比,智能材料的研究仍面临着诸多挑战。

例如,智能材料的制备工艺需要更高的精密度和稳定性;智能材料的性能测试和评价方法亟需标准化和规范化;智能材料的环境适应性和耐久性需要进一步提高等。

因此,未来在智能材料领域的研究中,需要加强跨学科交叉合作,推动智能材料的基础理论研究和应用技术创新,为智能材料的发展开辟新的道路。

综上所述,智能材料作为一种新型材料,在材料科学领域具有重要的研究和应用价值。

随着科技的不断进步和创新,相信智能材料必将在未来取得更大的突破和发展,为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。

记忆合金的原理及应用小论文

记忆合金的原理及应用小论文

记忆合金的原理及应用小论文1. 引言记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性特性的材料,可以在外界刺激下实现自我形变和恢复原状,因此被广泛应用于各个领域。

本文将介绍记忆合金的原理和各种应用。

2. 记忆合金的原理记忆合金的原理基于固体相变和晶格结构的变化。

当记忆合金处于高温相(奥氏体相)时,晶格结构规则,材料呈现典型的金属弹性行为。

当降低温度至亚相变温度时,记忆合金会发生固相相变,晶格结构由规则的高温相转变为不规则的低温相(马氏体相)。

在这个过程中,记忆合金会发生形状记忆效应,即变形储存,在外界刺激下能够快速地恢复到其原始形状。

3. 记忆合金的组成和制备方法记忆合金主要由镍、钛、铜、铝等金属元素组成。

这些金属元素在合金中具有不同的比例和含量,可以调节合金的性能和特性。

记忆合金的制备方法主要有冶金法、物理镀膜法和化学还原法。

通过不同的制备方法可以得到具有不同组织结构和性能的记忆合金材料。

4. 记忆合金的应用领域4.1 医疗领域记忆合金在医疗领域有广泛的应用,例如制造血管支架、牙线、矫形器和植入器件。

血管支架使用记忆合金的特性可以在介入治疗中帮助恢复和维护血管的通畅。

牙线和矫形器使用记忆合金的形状记忆效应可以调整和修复牙齿的位置。

植入器件则利用记忆合金的生物相容性和形状记忆效应,在植入后能够适应人体变化并起到治疗作用。

4.2 汽车工业记忆合金在汽车工业中的应用主要体现在发动机、座椅和遥控器等方面。

发动机使用记忆合金可以提高汽车的运行效率和降低燃油消耗,同时还可以减少发动机噪音和震动。

座椅和遥控器使用记忆合金的超弹性特性,可以提供更舒适的座椅和操作手感。

4.3 建筑工程记忆合金在建筑工程领域的应用主要体现在地震防护和结构控制方面。

通过使用记忆合金材料制造阻尼器,可以有效地减小结构的震动,提高建筑的抗震性能。

此外,记忆合金还可以用于结构控制系统,通过控制记忆合金的应变,可以改变结构的刚度和稳定性,使其适应不同的工况。

记忆合金

记忆合金

南京航空航天大学硕士学位论文原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究姓名:王河廷申请学位级别:硕士专业:材料加工工程指导教师:沈以赴20080301南京航空航天大学硕士学位论文摘要形状记忆合金是最具实用价值金属功能材料之一,Fe-Mn-Si基合金具有价格低廉、工艺简单等一系列优点。

但该系合金的形状回复率不高,耐蚀性能较差限制了其应用范围的进一步扩大。

本文通过优化合金成分设计,对原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基合金形状记忆效应及其相关性能进行了研究。

通过添加适量Nb,V,Ti,RE(Ce)等合金元素,设计了八种典型成分的Fe-Mn-Si基形状记忆合金,并用原位自生法制备出了碳化物颗粒弥散分布增强的Fe-Mn-Si基合金。

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了合金的显微组织及物相成分。

固溶态合金基体主要为奥氏体及少量热诱发ε马氏体,生成适量的热诱发马氏体对合金形状记忆效应有利。

随着预变形量增大,合金组织中应力诱发ε马氏体开始增多,由原来的单一方向ε马氏体变成交叉方向马氏体。

采用拉伸变形法,研究了不同工艺参数、不同成分合金的形状记忆效应。

结果表明,固溶态合金在变形前于一定的温度(750℃)进行时效处理(250min)能有效提高合金的形状记忆效应。

随时效处理温度的升高,合金形状回复率缓慢提高,在750℃下达到最大,之后开始下降。

合金的形状回复率随着预变形量的增大而减小,在预变形为2%时达到最大值,其中成分为Fe-14.0Mn-6.0Si-9.0Cr-5.0Ni-0.83Nb-0.045Ce合金的回复率达到96.9%。

热机械训练能有效提高合金形状回复率,特别是第一次训练提高最为显著。

Fe-Mn-Si基合金中加入适量的Cr,Ni,Nb等元素可以显著提高合金耐腐蚀性能,在碱性NaOH溶液中其耐蚀性是304,316不锈钢的3倍。

关键词:Fe-Mn-Si基合金,形状记忆效应,原位自生颗粒,预变形,时效温度,热机械训练,马氏体相变i原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究iiABSTRACTShape memory alloys are one kind of functional materials possessing a greatpractical use. The Fe-Mn-Si based alloys have a series of advantages such as low cost and processing easiness. However, the low shape memory recovery ratio and the limited anti-corrosion ability restrict their usage. In the present paper, the in-situ carbide particulate reinforced Fe-Mn-Si based shape memory alloys (SMA) were prepared by optimizing the compositions. The mechanical properties of the prepared alloys were also studied.Eight kinds of Fe-Mn-Si based SMA were designed by adding a suitable amountof Nb, V, Ti, and RE (Ce) elements. The Fe-Mn-Si based SMA reinforced with a uniformly dispersed in-situ carbide particulates were prepared.Optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were used to study the microstructures and phases of Fe-Mn-Si based alloys. The solid solution stated alloy matrix mainly consisted of the austenite and a small amount of heat reduced εmartensite. The presence of a suitable amountof heat reduced ε martensite favored the enhancement of the shape recovery ratio. With increasing the pre-deformation degree, the amount of the stress induced martensite increased, and its orientation changed from a single direction to a crossed from.Tensile tests were used to study the shape memory effect of the alloys by changing the processing parameters and the chemical compositions. It showed that the shape memory ratio of the solid solution stated alloys increased significantly after an ageing treatment (250 min) at a proper temperature (750℃) before deformation. The shape memory ratio of the alloys enhanced with increasing the ageing temperature. A maximum value was obtained at 750℃, above which the shape memory ratio showed a decrease. The shape recovery ratio of the prepared alloys decreased with increasing the pre-deformation degree. A best shape memory ratio was obtainable at 2% pre-deformation. The recovery ratio of Fe-14.0Mn-6.0Si-9.0Cr-5.0Ni-0.83Nb- 0.045Ce alloy reached a high value of 96.9%. The shape recovery ratio of the alloys could be effectively improved through suitable南京航空航天大学硕士学位论文thermo-mechanical training, especially the first cycle training.The anti-corrosion ability of the Fe-Mn-Si based alloys was improved by adding a suitable amount of Nb, V, Ti, and RE (Ce) elements. The experimental results showed that the anti-corrosion ability of alloys in NaOH solution was three times higher than that of 304 and 316 stainless steels.Key words: Fe-Mn-Si based alloy, Shape memory effect, In-situ autogeny particles, Pre-deformation, Aging temperature, Thermo-mechanical training, Martensite transformationiii原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究vi 图表清单图清单图1.1 普通金属与形状记忆合金的应力应变示意图 (1)图1.2 形状记忆合金晶体转变的示意图 (6)图1.3 半热弹性相变合金中形状记忆效应示意图 (8)图1.4 应力诱发马氏体相变示意图 (9)图1.5Fe-30Mn-6Si合金晶粒尺寸对形状记忆效应的影响 (12)图2.1 形状记忆效应关系图 (18)图2.2Si对Fe-30Mn-Si合金ε马氏体相变体积变化率的影响 (19)图2.3试样材料加工工序示意图 (21)图2.4 板材拉伸试样图 (21)图2.5试样拉伸示意图 (22)图2.6电解抛光示意图 (23)图3.1 时效温度对形状回复率的影响 (25)图3.2 不同合金试样的最佳时效温度变化 (26)图3.34#合金试样不同时效处理温度下750℃回复退火后的金相组织 (27)图3.44#合金试样750℃时效处理下高倍显微组织 (28)图3.5 图3.4中A点颗粒成分 (28)图3.6 不同成分合金在750℃时效处理时的金相组织 (30)图3.7 实验工序图 (31)图3.8 试样经750℃回复退火时预变形量对形状回复率的影响 (32)图3.9 预变形量对合金的影响 (33)图3.10 训练次数和回复率之间的关系 (36)图3.11 热机械训练后合金金相组织 (37)图3.124#合金试样X射线衍射图样 (39)图4.1 时效温度对合金硬度的影响 (42)图4.2时效温度对试样屈服强度的影响 (44)图4.3回弹高度测量示意图 (45)图4.4 不同载荷下时效温度对回弹性的影响 (49)承诺书本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。

形状记忆合金论述3000字论文

形状记忆合金论述3000字论文

形状记忆合金论述摘要:形状记忆合金,是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的形变,恢复其形变原始形狀的合金材料。

这种合金在高温(奥氏体状态)下发生的“伪弹性”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——热弹性马氏相变体。

关键词:形状记忆合金、马氏相变体、记忆效应引言:形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能,是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料,可以实现机械结构的微型化和智能化。

形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后,冷却到低温(或室温),并施加变形,使它存在残余变形[1,2]。

当温加热超过材料的相变点,残余变形即可消失,恢复到高温时的固有形状,如同记住了高温下的状态。

SMA及其驱动控制系统具有许多的优点,如高功率重量比,适于微型化;集传感、控制、换能、致动于一身,结构简单,易于控制;对环境适应能力强,不受温度以外的其他因素影响等,有着传统驱动器不可比拟的性能优点。

形状记忆合金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。

一、发展史1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应,即合金的形状被改变之后,一旦加热到一定的跃变温度时,它又可以魔术般地变回到原来的形状,人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

记忆合金的开发迄今不过20余年,但由于其在各领域的特效应用,正广为世人所瞩目,被誉为"神奇的功能材料"。

最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。

他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象,但当时并未引起人们的广泛注意。

直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了材料科学界与工业界的重视。

形状记忆合金论文[优质文档]

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形状记忆合金论文[优质文档]形状记忆合金形状记忆合金(Shape Memory Alloys, SMA)是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形,恢复其变形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”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。

一、形状记忆合金的发展史最早关于形状记忆效应的报道是由在1952年作出的。

观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象,但当时并未引起人们的广泛注意。

直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了材料科学界与工业界的重视。

到70年代初,CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。

几十年来,有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题,并为此召开了多次专题讨论会,不断丰富和完善了马氏体相变理论。

在理论研究不断深入的同时,形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步,其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。

二、形状记忆效应机理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。

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不全位错的可逆移动引起。

变性的三种形式三、形状记忆效应的分类经过广泛研究,到目前为止,具有SME 的合金可归纳为以下几类: a) Ni2Ti 系,包括等原子Ni-Ti , Ti-Ni-X(X = Fe ,Al ,Co) ; b) 铜系, 包括Cu-Zn 系, 如Cu-Zn , Cu-Zn-X(X = Si ,Al , Sn) ; Cu-Al 系, 如Cu-Al2 , Ni ; Cu2Al2c) 其他有色金属系, 如Co-Ni , Ti-Nb ,Au-Cu-Zn ,Au-Cd ,Ag-Cd , In-Ti 等;d) 铁基合金,如Fe-Pt ,Fe-Ni-Co ,Fe-Mn-Si ,Fe-Ni-Co-Ti ,Fe-Mn-C 及不锈钢等。

记忆能力超强的形状记忆合金_3

记忆能力超强的形状记忆合金_3

记忆能力超强的形状记忆合金论文导读:形状记忆合金是在一个偶然的机会中。

记忆能力,记忆能力超强的形状记忆合金。

关键词:记忆能力,形状记忆合金形状记忆合金是在一个偶然的机会中,无意间被发现的。

那是1961年春末夏初的事情,一天,美国海军的一个研究所军械研究室的冶金专家彼勒,因在其试验的工程中需要一批特殊的合金丝——镍(Ni)钛(Ti)合金丝(又称NT合金)。

免费论文,记忆能力。

由于从仓库领来的这些细丝弯弯曲曲盘在一起,于是彼勒让工作人员把它们一根一根的拉直备用,然而在这一过程中,工作人员惊异的发现,这些被拉直的镍钛合金丝在接近火源时,奇迹出现了,它们马上又恢复到与领来时完全一样的弯曲形状,堆积在一起。

冶金专家彼勒对此是既感到惊异又非常有兴趣。

为了证实这种现象的存在,他又进行了多次重复实验进行验证,把弯曲的镍钛合金丝拉直后再加热,当弯曲的镍钛合金丝升高到一定的温度时,这些合金丝果然又恢复到了原先的弯曲状态。

彼勒的实验结果表明:镍钛合金具有“单向”形状记忆功能,它能“记住”自己在较高温度状态下的形状,无论平时把它变成何种形状,只要把它加热到某一特定的温度,它就能立即恢复到原来的形状。

免费论文,记忆能力。

将NT合金加工成一定的形状,在300℃~1000℃温度下热处理30分钟,这种合金就能“记住”自己的形状。

在彼勒研究的基础上,科学家们通过进一步的研究与实验还发现:自然界确实存在着能恢复原状的物质。

科学家们把镍钛合金所具有的这种特性称为合金的“形状记忆效应”;称这种能恢复原状的合金为形状记忆合金。

科学家们在深入研究的过程中还发现,许多合金,如金镉合金、铜铝镍合金、铜锌合金等,也有如同镍钛合金一样的形状记忆功能。

免费论文,记忆能力。

为什么这些合金会具有形状记忆功能呢?科学家们经过进一步的研究发现:原来金属的晶体状态,在被加热和冷却时是不同的,这类合金都有一个共同的特点,那就是他们的晶体结构都有随温度的变化由不稳定状态向稳定状态转变的性质。

功能材料论文形状记忆合金

功能材料论文形状记忆合金

Ti-Ni形状记忆合金的制备、性能及应用摘要:Ti-Ni形状记忆合金是现代一种性能优良的新型功能材料,本文主要介绍了其简介、制备方法、主要性能和主要的应用及发展前景。

形状记忆合金的发展背景:在研究Ti-Ni合金时发现:原来弯曲的合金丝被拉直后,当温度升高到一定值时,它有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(Shape Memory Effect)简称SME,具有形状记忆效应的金属称为形状记忆合金(SMA)。

形状记忆现象的发现可以追溯到1932年,美国在研究Al-Cd合金时观察到马氏体随温度变化而消长;1938年美国哈佛大学和麻省理工学院发现Cu-Sn,Cu-Zn,合金在马氏体相变中的形状记忆效应;同年前苏联对Cu-Al-Ni,Cu-Sn合金的形状记忆机理进行了研究;1951-1953年,美国分别在Au-Cd,In-Ti,合金中观察到形状记忆效应。

知道60年代初,形状记忆效应制备看作是一种现象,Ti-Ni合金形状记忆效应发现后,美国研制了最初实用的形状记忆合金“Nitinol”。

形状记忆合金SMA(Shape Memory Alloy)是指具有一定的初始形状,经形变并固定成另一种形状后,通过热、光、电等物理刺激或者化学刺激处理又可以恢复其初始形状的一种新型金属功能材料。

由于这种合金具有独特的形状记忆效应和超弹性效应,可以制作小巧玲珑、高自动化、性能可靠的元器件,目前已被广泛应用于电子仪器、汽车工业、医疗器械空间技术、能源开发等领域。

形状记忆效应:形状记忆效应有三种形式。

第一种称为单向状,再重新加热到As以上,马氏体发生逆转变,温度升高至Af 点,马氏体完全消失,材料完全恢复母相形状。

一般形状记忆效应,即将母相冷却或加应力,使之发生马氏体相变,然后是马氏体发生塑性变形,改变其形没有特殊说明,形状记忆效应都是指这种单向形状记忆效应。

有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时,对母相有记忆效应;当从母相再次冷却为马氏体时,还回复马氏体形状,这种现象称为双向形状记忆效应。

形状记忆合金材料的应用5则范文

形状记忆合金材料的应用5则范文

形状记忆合金材料的应用5则范文第一篇:形状记忆合金材料的应用形状记忆合金材料的性质与应用综述【摘要】形状记忆合金是一种新型功能材料,在各个领域有着广泛的应用。

本文简要介绍了形状记忆合金的特性、应用以及发展前景。

【关键词】形状记忆合金应用发展现状【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的温度下发生的变形,恢复其变形前原始形状的合金材料。

最早关于形状记忆效应的报道是由Chang 及Read等人在1952年做出的。

他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

[3]后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象,但当时并未引起人们的广泛注意。

直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了科学界与工业界的重视。

这种新型功能材料目前已广泛用于电子仪器、汽车工业、医疗器械、空间技术和能源开发等领域。

一、形状记忆合金的分类1、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。

2、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。

3、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。

二、形状记忆合金的特性1、形状记忆效应:合金在某一温度下受外力而变形,当外力去除后,仍保持其变形后的形状,但当温度上升到某一温度,材料会自动回复到变形前原有的形状,似乎对以前的形状保持记忆,这种效应称为形状记忆效应。

2、超弹性:在高于Af点、低于Md点的温度下施加外应力时产生应力诱发马氏体相变,卸载就产生逆相变,应变完全消失,回到母相状态,表观上呈现非线性拟弹性应变,这种现象称为超弹性。

3、高阻尼特性:形状记忆合金在低于Ms点的温度下进行热弹性马氏体相变,生成大量马氏体变体(结构相同、取向不同),变体间界面能和马氏体内部孪晶界面能都很低,易于迁移,能有效地衰减振动、冲击等外来的机械能,因此阻尼特性特别好。

记忆合金的原理及应用论文

记忆合金的原理及应用论文

记忆合金的原理及应用论文引言记忆合金是一种具有记忆性能的新材料,其具有独特的形状记忆效应和超弹性特性,引起了广泛的研究兴趣。

本文将介绍记忆合金的基本原理以及其在各个领域的应用。

记忆合金的原理记忆合金的原理基于其晶体结构中的固溶元素或间隙元素的位错运动。

主要有以下几个方面的原理:1.基底状态:记忆合金有两个基本状态,即高温相和低温相。

在高温相中,合金处于高温状态,原子结构呈均匀排列;而在低温相中,合金处于低温状态,原子结构产生畸变。

这种基底状态的改变是记忆合金实现形状记忆效应的核心。

2.形状记忆效应:当记忆合金从高温相变为低温相时,其晶体结构发生变化,产生外形的记忆效应。

这种形状记忆效应使得记忆合金能够在外力或温度作用下变形,并恢复到其原始形状,具有自修复的功能。

3.超弹性特性:记忆合金具有超弹性特性,即当外力作用于记忆合金时,合金会发生可逆变形,随着外力的撤离,合金能够恢复其原始形状。

这种超弹性使得记忆合金在弹性材料领域具有广泛的应用前景。

记忆合金的应用记忆合金在各个领域都有不同的应用,下面将介绍几个具有代表性的应用领域。

医疗器械记忆合金可用于医疗器械中的夹持器、骨钉等器械部件。

通过形状记忆效应和超弹性特性,可以实现器械在体内的准确定位,并有助于手术的顺利进行。

航空航天记忆合金在航空航天领域有广泛的应用。

它可以用于制造飞机和航天器的结构部件,例如可自修复的稳定器、可变形的发动机喷嘴等。

记忆合金的低密度和高强度使得它成为航空航天领域的理想材料。

汽车制造记忆合金在汽车制造领域的应用也越来越广泛。

它可以用于汽车的减震器、车身结构等部件,通过超弹性特性可以提高汽车的乘坐舒适性和安全性。

其他领域此外,记忆合金还有许多其他的应用,例如智能材料、电子器件、机器人技术等。

它们在这些领域的应用主要基于其形状记忆效应和超弹性特性,为相关技术提供了新的可能性。

结论记忆合金是一种具有独特性能的材料,其原理基于晶体结构中的固溶元素或间隙元素的位错运动。

形状记忆材料论文

形状记忆材料论文

形状记忆材料论文最近几年,怎样有效的提升土木工程构造的安全性、持久性是现在人们普遍关注的问题之一。

通过各国学者的不断努力和研究,针对该情况也提出了相关的解决措施,来进一步的加强结构中的安全性和稳固性。

其中,因为智能材料所融合而成的智能材料结构系统在土木工程的使用过程中,不但具有强大的吸引力,还具有鲜明的革命性。

现在,土木工程范围中使用最为普遍的就是只能材料有形状记忆合金、压电材料、光栅光纤和磁流变体等。

在丰富多样的智能材料中,形状记忆合金,简称SMA,该材料对形状具有一定的记忆性,该材料自身具有感知性、判断性和自我适应性等特征。

SMA 因为其恢复变形大、因为受限回复时可能产生大量的驱动力、电阻对应比较敏感、高阻尼性能、抗疲劳性能好,而且还可以完成多样化的变形模式,容易和混凝土、钢等材料融合起来,并且受到了人们的广泛关注,国内外很多学者对SMA在土木工程中的使用进行了相关的理论探索和实验研究。

1SMA的主要价值1.1形状记忆效用(SMA)。

相撞记忆效用主要表现在一些具有热弹性或是引发马氏体相变的材料存在于马氏体状态中,并且通过一定程度的变形,经过加热并超越了马氏体相,等到温度消失之后,材料的形状可以恢复到之前的模样和体积。

因为材料记忆效用各不相同,主要划分为单程、双程和全方位SMA,单程SMA是指材料只能进行一次动作,也就是加热之后保持高温时的状态,并且一直维持;双程SMA主要是指材料反复加热和遇冷之后,能够反复在高、低温之间进行变化;全方位SMA主要是指材料在保持双程记忆的时候,如果冷却到特别低的温度,就会呈现出和高温完全不一样的形状。

1.2超弹性(PE)。

超弹性就是指当SMA温度超越奥式体变相完成温度Af之后,加载应力达到了弹性极限,也就出现了非弹性应变,持续加载将会出现马氏体相变,但是马氏体也会因为应力的丧失而消失,虽然不加热也会出现马氏体逆相变,并且恢复到原来的材料状体,也就是奥式体相,应力效用中的整体变形也会因为逆相变的出现而完全消失。

NiTi形状记忆合金的性能及应用

NiTi形状记忆合金的性能及应用

NiTi形状记忆合金的性能及应用(**************************************)摘要:本文主要介绍了NiTi形状记忆合金的性能,如形状记忆效应、超弹性效应、生物相容性、耐磨性、阻尼性等。

再举例简要介绍它在工程领域、医学领域方面的应用,并对以后的发展方向做了展望。

关键字:形状记忆性能;应用Properties and Application of NiTiShape Memory AlloysAbstract:The essay is mainly introduce the shape memory effects,such as super-elasticity effect,temperature memory effect,biological compatibility , resistance to wear and damping of NiTi shape memory alloys (SMA),et al . And then talk about the applications of NiTi shape memory alloy in engineering field ,medical field . The development direction of the study field was forecasted.Key words : shape memory effect ; application引言形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA) 是一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种能力被称为形状记忆效应(Shape Memory Effect,简称SME) 。

实际上,很多材料都具有SME,但能够产生较大回复应变和形状回复力的,只有少数的几种材料,如:Ni-Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi),铁基合金应用最广泛。

记忆合金论文

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。

新型智能材料(形状记忆合金)论文(范文)

新型智能材料(形状记忆合金)论文(范文)

新型智能材料(形状记忆合金)论文(范文)第一篇:新型智能材料(形状记忆合金)论文(范文)铁素体、奥氏体、马氏体组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构:910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁,910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。

如果碳原子挤到铁的晶格中去,而又不破坏铁所具有的晶格结构,这样的物质称为固溶体。

碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体。

而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体。

奥氏体是铁碳合金的高温相。

钢在高温时所形成的奥氏体,过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。

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。

由于含碳量过饱和,引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低,脆性增大。

高分子形状记忆合金的发展及趋势摘要:本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。

引言形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。

形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)。

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回复力的,才具有利用价值。

到目前为止,应用得最多的是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,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。

二、形状记忆合金的发展史1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应,即合金的形状被改变之后,一旦加热到一定的跃变温度时,它又可以魔术般地变回到原来的形状,人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

智能记忆合金的性能与应用研究

智能记忆合金的性能与应用研究

智能记忆合金的性能与应用研究你有没有想过,有一种材料就像拥有魔法一样,可以根据环境的变化改变自己的形状和性能?这可不是科幻电影里的情节,而是真实存在的智能记忆合金!前段时间,我去参加了一个科技展览,在那里,我亲眼目睹了智能记忆合金的神奇之处。

展览现场有一个小小的演示台,上面摆放着一些由记忆合金制成的小物件。

其中有一个像花朵一样的装置,工作人员用吹风机对着它吹热风,神奇的事情发生了,那朵“花”竟然缓缓地绽放开来,花瓣舒展得无比自然。

当吹风机换成冷风时,花瓣又慢慢地合拢,恢复成了最初的花苞模样。

这一幕让周围的观众都惊叹不已,我也被深深地吸引住了。

智能记忆合金之所以如此神奇,是因为它具有独特的性能。

首先,它有出色的形状记忆效应。

这意味着它能够在一定条件下记住自己原本的形状,然后在受到特定刺激,比如温度变化时,恢复到那个形状。

就像我们刚刚看到的那朵“花”,在不同温度的风作用下,展现出不同的形态。

其次,智能记忆合金还具有超弹性。

这使得它能够承受很大的变形而不会发生永久的塑性变形。

比如说,用记忆合金制成的眼镜框,你可以随意弯曲它,但是一松手,它就会迅速恢复原状,而且不会留下任何弯曲的痕迹。

另外,智能记忆合金的耐腐蚀性也很不错。

这让它在各种恶劣的环境中都能保持稳定的性能,不容易被腐蚀损坏。

正是因为这些出色的性能,智能记忆合金在各个领域都有广泛的应用。

在医疗领域,它可是大显身手。

比如,用记忆合金制作的心脏支架,在进入人体时是收缩状态,到达指定位置后,通过体温的作用会自动展开,支撑起血管,帮助恢复血液流通。

还有用于牙齿矫正的记忆合金丝,能够提供持续而稳定的矫正力,让牙齿慢慢排列整齐。

在航空航天领域,记忆合金也发挥着重要作用。

飞机的机翼部件可以使用记忆合金制造,在飞行过程中,根据不同的飞行条件和速度,机翼能够自动改变形状,优化飞行性能,提高飞行效率。

在日常生活中,记忆合金也越来越常见。

像前面提到的眼镜框,还有一些防烫的餐具手柄,利用了记忆合金的温度响应特性,当温度过高时会自动变形,提醒我们小心烫伤。

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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。

2、双程记忆效应合金: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。

3、全程记忆效应合金: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。

形状记忆合金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。

1、航空航天工业中的应用
形状记忆合金已应用到航空和太空装置。

如用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件,欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。

由于直升飞机高震动和高噪声使用受到限制,其噪声和震动的来源主要是叶片涡流干扰,以及叶片型线的微小偏差。

这就需要一种平衡叶片螺距的装置,使各叶片能精确地在同一平面旋转。

目前已开发出一种叶片的轨迹控制器,它是用一个小的双管形状记忆合金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置,使其震动降到最低。

还可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线,人们利用形状记忆合金在高温环境下制做好天线,再在低温下把它压缩成一个小铁球,使它的体积缩小到原来的千分之一,这样很容易运上月球,太阳的强烈的辐射使它恢复原来的形状,按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。

另外,在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置,该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射期间的污染。

2、机械电子产品中的应用
1970美国用形状记忆合金制作 F-14 战斗上的低温配合连接器,随后有数以百万以上的连件的应用。

形状记忆合金作为低温配合连接在飞机的液压系统中及体积较小的石油、石化、电工业产品中应用。

另一种连接件的形状是焊接的网状金属丝,用于制造导体的金属丝编织层的安全接头。

这种接件已经用于密封装置、电气连接装置、电子工程机械装置,并能在-65~300℃可靠地工作。

已开出的密封系统装置可在严酷的环境中用作电气件连接。

将形状记忆合金制作成一个可打开和关闭快门的弹簧,用于保护雾灯免于飞行碎片的击坏。

用于制造精密仪器或精密车床,一旦由于震动、碰撞等原因变形,只需加热即可排除故障。

在机械制造过程中,各种冲压和机械操作常需将零件从一台机器转移到另一台机器上,现在利用形状记忆合金开发了一种取代手动或液压夹具,这种装置叫驱动汽缸,它具有效率高灵活,装夹力大等特点。

3、生物医疗上的应用
用于医学领域的 TiNi 形状记忆合金,除了利用其形状记忆效应或超弹性外,
还应满足化学和生物学等方面的要求,即良好的生物相容性。

TiNi 可与生物体形成稳定的钝化膜。

目前,在医学上 TiNi 合金主要应用有:
(a)牙齿矫形丝用超弹性 TiNi 合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝,其中用超弹性 TiNi 合金丝是最适宜的。

通常牙齿矫形用不锈钢丝 CoCr 合金丝,但这些材料有弹性模量高,弹性应变小的缺点。

为了给出适宜的矫正力,在矫正前就要加工成弓形,而且结扎固定要求熟练。

如果用 TiNi 合金作牙齿矫形丝,即使应变高达10%也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变使弹性模量呈现非线型特性,即应变增大时矫正力波动很少。

这种材料不仅操作简单,疗效好,也可减轻患者不适感。

(b)脊柱侧弯矫形各种脊柱侧弯症(先天性、习惯性、神经性、佝偻病性、特发性等)疾病,不仅身心受到严重损伤,而且内脏也受到压迫,所以有必要进行外科手术矫形。

目前这种手术采用不锈钢制哈伦敦棒矫形,在手术中安放矫形棒时,要求固定后脊柱受到的矫正力保持在30~40kg以下,一但受力过大,矫形棒就会破坏,结果不仅是脊柱,而且连神经也有受损伤的危险。

同时存在矫形棒安放后矫正力会随时间变化,大约矫正力降到初始时的30%时,就需要再进行手术调整矫正力,这样给患者在精神和肉体上都造成极大痛苦。

采用形状记忆合金制作的哈伦顿棒,只需要进行一次安放矫形棒固定。

如果矫形棒的矫正力有变化,以通过体外加热形状记忆合金,把温度升高到比体温约高5℃,就能恢复足够的矫正力。

另外,外科中用 TiNi 形状记忆合金制做各种骨连接器、血管夹、凝血滤器以及血管扩张元件等。

同时还广泛应用于口腔科、骨科、心血管科、胸外科、肝胆科、泌尿科、妇科等,随着形状记忆的发展,医学应用将会更加广泛。

4、日常生活应用
(a)防烫伤阀在家庭生活中,已开发的形状记忆阀可用来防止洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤;这些阀门也可用于旅馆和其他适宜的地方。

如果水龙头流出的水温达到可能烫伤人的温度(大约48℃)时,形状记忆合金驱动阀门关闭,直到水温降到安全温度,阀门才重新打开。

(b)眼镜框架在眼镜框架的鼻梁和耳部装配 TiNi 合金可使人感到舒适并抗磨损,由于 TiNi 合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜时尚界。

用超弹性 TiNi 合金丝做眼镜框架,即使镜片热膨胀,该形状记忆合金丝也能靠
超弹性的恒定力夹牢镜片。

这些超弹性合金制造的眼镜框架的变形能力很大,而普通的眼镜框则不能做到。

(c)移动电话天线和火灾检查阀门使用超弹性TiNi金属丝做蜂窝状电话天线是形状记忆合金的另一个应用。

过去使用不锈钢天线,由于弯曲常常出现损坏问题。

使用TiNi形状记忆合金丝移动电话天线,具有高抗破坏性受到人们普遍欢迎。

因此常用来制作蜂窝状电话天线和火灾检查阀门。

火灾中,当局部地方升温时阀门会自动关闭,防止了危险气体进入。

这种特殊结构设计的优点是,它具有检查阀门的操作,然后又能复位到安全状态;这种火灾检查阀门在半导体制造业中得到使用,在半导体制造的扩散过程中使用了有毒的气体;这种火灾检查阀也可在化学和石油工厂应用。

5、其他方面的应用
在工程和建筑领域用 TiNi 形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。

已试验了桥梁和建筑物中的应用,因此作为隔音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。

随着薄膜形状记忆合金材料的出现和开发利用,形状记忆合金在智能材料系统中受到高度重视,应用前景更广阔。

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