形状记忆合金SMA讲解
新型材料―形状记忆合金阻尼器(SMA)的减振技术和工程应用
新型材料―形状记忆合金阻尼器(SMA)的减振技术和工程应用摘要形状记忆合金（SMA）是一种在结构振动控制领域具有广阔应用前景的智能材料。
本文介绍了形状记忆合金最显著的两个特性：形状记忆效应和超弹性，并详细总结了形状记忆合金在结构振动控制中的应用。
关键词：形状记忆合金；减振；应用abstract形状记忆合金是一种智能材料，在结构振动控制领域有着广阔的应用前景。
本文介绍了形状记忆合金的两个重要特性：形状记忆效应和超弹性，总结了其最新的应用说明。
关键词：形状记忆合金；阻尼；应用1前言形状记忆合金是一种新型功能材料，具有许多特殊的力学性能。
与其他金属耗能器相比，采用形状记忆合金超弹性效应（SE）设计的被动耗能器具有耐久性好、耐腐蚀性好、使用寿命长、变形量大、变形恢复快等一系列优点，因此在结构振动控制领域具有良好的应用前景[1-4]。
形状记忆合金被设计成耗能器用于土木工程结构的振动控制是从上世纪90年代初开始的,并且到目前为止,大多数研究主要针对形状记忆合金的超弹性性能展开。
例如,graesser[5]等人提出的用于桥梁结构的2形状记忆合金的发展历史形状记忆合金的形状记忆效应早在1932年就被美国学者olander在aucd合金中发现了，在1948年苏联学者库尔久莫夫等曾预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变，在1951年张禄经和t.a.read报道了原子比为1:1的csci型aucd合金在热循环中会反复出现可逆相变，但是都未引起人们足够的注意。
形状记忆合金是一种新型功能材料，1963年成为一个独立的学科分支。
当时，美国海军武器实验室W.J.Buehler博士领导的研究团队发现，由于温度不同，镍钛合金的工作性能有显著差异，这表明合金的声学阻尼性能与温度有关，通过进一步研究，研究发现，原子比接近等的Ni-Ti合金具有良好的形状记忆效应，并报道了X射线衍射的研究结果。
后来，镍钛合金作为商品进入市场，原子比几乎相等的镍钛合金商品被命名为镍钛诺。
磁形状记忆合金在电磁器件中的应用
磁形状记忆合金在电磁器件中的应用磁形状记忆合金（magnetostrictive shape memory alloy, MSSMA）是一种具有特殊形状记忆特性的材料，它在电磁器件中具有广泛的应用前景。
本文将从原理、性能及其应用等方面进行分析和阐述。
一、磁形状记忆合金的原理磁形状记忆合金是一种能够通过磁场作用实现形状记忆的材料，它能够在外界磁场的作用下发生形状变化。
磁形状记忆合金的主要原理是磁场诱导产生应力，从而引发形状变化。
通过控制外加磁场的大小和方向，可以实现对磁形状记忆合金的形状、尺寸和位置的精确控制。
二、磁形状记忆合金的性能1. 磁致伸缩效应：磁形状记忆合金在外加磁场的作用下会发生尺寸的快速变化，即磁致伸缩效应。
这种效应使得磁形状记忆合金在电磁器件中能够实现精确的位置调节和控制。
2. 形状记忆特性：磁形状记忆合金在经历塑性变形后，通过对其加热或应用磁场的方式，可以恢复到最初的形状。
这种形状记忆特性使得磁形状记忆合金在电磁器件中具有很大的应用潜力。
3. 磁性特性：磁形状记忆合金不仅具有形状记忆特性，还具有磁性特性。
它可以用于制造磁传感器、电磁阀门和电磁悬浮装置等电磁器件。
三、磁形状记忆合金的应用1. 磁传感器：利用磁形状记忆合金的形状变化特性，可以制造高灵敏度的磁传感器。
这种磁传感器可以广泛应用于磁场测量、位移检测和应力监测等领域。
2. 电磁阀门：磁形状记忆合金的形状记忆特性使得它可以被应用于制造电磁阀门。
这种电磁阀门可以实现精确的开关控制，具有较高的响应速度和可靠性。
3. 电磁悬浮装置：磁形状记忆合金的磁致伸缩效应可以被用于制造电磁悬浮装置，用于实现物体的悬浮和移动。
这种装置在高速列车、风力发电机和精密仪器等领域具有广泛的应用前景。
结语：磁形状记忆合金作为一种具有特殊形状记忆特性的材料，在电磁器件中具有广泛的应用前景。
通过对磁形状记忆合金的原理和性能进行深入研究，可以更好地发挥其在电磁器件中的优势，并探索更多的应用领域。
形状记忆合金的制备及性能研究
形状记忆合金的制备及性能研究形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种能够自主恢复形状的金属材料，具有广泛的应用领域，比如航空、汽车、医疗器械等。
它能够在外力或热力刺激下发生可逆形变，因此又被称为“记忆合金”。
下面，我们就来详细探讨一下形状记忆合金的制备及性能研究。
一、形状记忆合金的制备方法1. 等离子弧熔炼法等离子弧熔炼法是一种将纯金属或合金加热、熔化后急速冷却的方法。
这种制备方法能够制造出比较均匀的形状记忆合金，但是成本比较高。
2. 电弧熔炼法电弧熔炼法是将金属棒、丝等导体加热到熔点后用弧线将其喷出，制造出形状记忆合金的方法。
这种制备方法成本较低，但是合金的质量不如等离子弧熔炼法制造的优质。
3. 热机械变形法热机械变形法是将金属坯料加热到合金的相变温度，然后进行拉伸、压缩、扭转等变形，形成指定形状的铸锭。
这种方法能够制造成形状记忆合金的微型结构，生产成本较低。
二、形状记忆合金的性能研究1. 快速回弹性能形状记忆合金的快速回弹性能是指在外力作用下快速恢复原始形状的能力。
该性能的研究方法为采用脉冲能量、过冷膨胀等测试方法进行实验研究，该性能的提高会大大提高形状记忆合金的实际使用效果。
2. 环境适应性能形状记忆合金应用于不同的环境条件，温湿度等变化对其硬度、弹性等性能都会产生影响。
而形状记忆合金的适应环境条件的能力，是提高其实际使用寿命的关键。
3. 相变行为相变行为是指形状记忆合金在受到外界刺激时，发生相变的过程。
具体研究方法包括差示扫描量热、X射线衍射、电阻变化等方法。
相变行为对形状记忆合金的应用性能具有至关重要的影响。
总之，形状记忆合金作为一种高性能合金材料，在航空、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用。
其制备方法和性能研究是提高其工业化应用的关键。
未来，需要进一步研究和探索形状记忆合金的制备方法和性能变化机理，推动其更广泛的应用。
未来潜力材料之形状记忆合金
形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）是一种由两种以上金属元素构成、能够在温度和应力作用下发生相变的新型功能材料，通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有独特的形状记忆效应、相变伪弹性等特性，广泛应用于航空航天、生物医疗、机械电子、汽车工业、建筑工程等领域。
形状记忆合金按合金种类主要分为镍钛基形状记忆合金（Ni-Ti SMA）、铜基形状记忆合金（Cu SMA）、铁基形状记忆合金（Fe SMA）3类。
其中，镍钛基形状记忆合金包括Ni-Ti-Cu、Ni-Ti-Co、Ni-Ti-Fe、Ni-Ti-Nb等具有较高实用价值的记忆合金；铜基形状记忆合金主要有Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Ga、Cu-Sn等种类；铁基形状记忆合金主要有Fe-Pt、Fe-Mn-Si、Fe-Ni-Co-Ti、Fe-Mn-Al-Ni、Fe-C-Mn-Si-Cr-Ni等种类。
1/形状记忆合金的研究现状形状记忆合金因其独特的形状记忆效应一直是各主要国家的研究热点。
近年来，美国、欧洲、日本等国家和地区针对形状记忆合金制备工艺、成分配比、与先进制造技术结合的研究已取得显著的进展，尤其以4D打印技术为代表的先进制造技术使用形状记忆合金作为原材料，扩展了其在软体机器人、医疗器械、航空航天等领域的应用范围。
（一）中美欧等国开发出多种形状记忆合金制备新工艺，扩大了材料应用范围形状记忆合金/聚合物的制备方法主要有熔炼法、粉末冶金法、喷射沉积工艺、4D打印技术等，再根据应用需求配置后续的锻造、热挤压、轧制、拉拔、冷加工等成型工艺。
其中，熔炼法是传统金属冶金工艺，在真空下将金属原材料通过电子束、电弧、等离子体、高频感应等方式加热后进行熔炼，易产生杂质污染、成分不均匀、能耗高等问题，且需要经过切割加工形成合金产品。
而粉末冶金法则是利用金属或合金粉末进行热等静压和烧结，制备出最终形状的合金产品。
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在直线DCE段（马氏体状态）
在直线BC段（奥氏体状态向 马氏体转变状态）
在直线EA段（马氏体向奥氏 体转变状态）
1
Ms
t L
uf
t AL
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6. 两种新型SMA被动耗能器
在目前国内生产的NiTi产品中,丝材是最常见的 产品形式,而且丝材的性能比较稳定。针对这种情况, 本文利用形状记忆合金丝的超弹性特性,研制了两种新 型被动耗能器,分别称为拉伸型SMA耗能器和剪刀型 SMA耗能器,安装在结构层间使NiTi丝随结构振动产 生拉伸弹塑性变形,消耗结构在地震作用下的振动能量, 从而减小结构的振动。
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8. 形状记忆合金的发展趋势
1）铁基形状记忆合金； 2）高温形状记忆合金； 3）磁性形状记忆合金； 除以上所述外，正在研究的还有宽滞后形状记忆合 金、窄滞后形状记忆合金、形状记忆合金薄膜、高 屈服限形状记忆合金、低应力滞后形状记忆合金和 低温拟弹性形状记忆合金等。
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(3)使用一个简单的恒温控制器将奥氏体状态下的形 状记忆合金的温度控制在某一特定的温度上并使其产 生一定的预应变 ； (4)将常温下为奥氏体状态的形状记忆合金与结构的 离散点相联接 ； (5)利用形状记忆合金制成被动耗能器； (6)在常温下将形状记忆合金丝预加载至弹性极限附 近，然后随同其他建筑材料一同植入基材内。
eaM As T bA
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5.2 Liang and Rogers模型 (1)本构方程 本构方程同Tanaka模型的本构方程式。
(2)相变方程
Liang 和 Rogers对Tanaka模型进行了改进， 主要体现在马氏体相变动力学方程，提出内变量 （马氏体相变体积分数）和温度、应力之间呈余弦 关系，相变方程采用余弦函数。同时还考虑了内变 量在发生马氏体相变和奥氏体相变时初始条件的影 响：
形状记忆合金的性质,应用及效应机制
片状马氏体
板条马氏体
针状马氏体
马氏体相变：
它是母相奥氏体（碳在 γ－Fe 中形 成的间隙固溶体，面心立方 FCC 点阵） 转变为马氏体的过程。
可 以 恰 当 而 简 练 的 定 义 为“ 原 子 联 动 所 引 起 的 切 变 型 点 阵 相 变 ”。母 相 中 的 原 子，不是处在各自零散状态，而是在保
在逆相变过程中，由于两相之间的点阵对应关系单一，且相变时点阵应变非常 小 ，因 而 逆 相 变 时 母 相 变 体 完 全 固 定 不 变 。这 样 一 来 ，逆 相 变 时 必 然 选 取 原 位 向 的 母 相，所以在产生热弹性相变的合金中，形状记忆效应以完全可逆的形式出现。
条件（2）是理所当然的，因为滑移是不可逆过程。也就是说，如果在晶体中出 现 滑 移 ，由 滑 移 导 致 的 变 形 即 使 加 热 也 消 除 不 了 。热 弹 性 马 氏 体 相 变 发 生 的 不 是 滑 移 ， 而 是 另 一 种 基 本 的 形 变 机 制 — — 孪 生 。从 微 观 上 看 ，晶 体 原 子 排 列 沿 某 一 特 定 面 镜 像 对 称 。那 个 面 叫 孪 晶 面（ 孪 晶 是 指 两 个 晶 体（ 或 一 个 晶 体 的 两 部 分 ）沿 一 个 公 共 晶 面 构 成 镜 面 对 称 的 位 向 关 系 ， 这 两 个 晶 体 就 称 为 " 孪 晶 " ， 此 公 共 晶 面 就 称 孪 晶 面 ）。 即 实 际 上 它 是 由 位 向 互 为 孪 晶 关 系 的 两 种 马 氏 体 区 构 成 ，每 一 个 马 氏 体 和 母 相 点 阵 之 间 具 有 晶 体 学 上 等 价 的 特 定 点 阵 对 应 关 系 。这 种 具 有 点 阵 对 应 关 系 的 每 个 马 氏 体 称 为 对 应变体。
形状记忆合金(SMA)讲解
Ti-Ni合金呈现记忆效应的两种相变过程 依成分和预处 理条件的不同 母相 母相 马氏体 R相 马氏体 加铁、时效
相变过程都 是热弹性马 氏体相变
R相变出现 记忆效应由两个 相变阶段贡献
R相变不出现 记忆效应由单 一相变贡献
（二） 合金元素对Ti-Ni合金相变的影响
加入合金元素调整相变点
例：加Cu置换Ni 形状记忆效应、力学性能， 合金的价格显著降低 , 加入 Cu 对相变温度有显著影响 , 相变 温区 ( M s - M f ) 、 ( A f - A s ) 都变窄 , 窄滞后记忆合金 例：加Nb 可得到很宽滞后的记忆合金
马氏体相变的特征温度 （形状记忆效应的特征 温度） Ms:马氏体相变开始点 Mf:马氏体相变结束点 As :逆马氏体相变开始点 Af :逆马氏体相变结束点
定义(As-Ms)为马氏体相 变的热滞后 马氏体与母相的平衡温度
∆G（T）PM是母相转变为马氏体的驱动力； ∆Gc PM是母相转变为马氏体的化学驱动力 （∆Gc PM=G M -G P）；∆Gnc PM是非化学 驱动力，主要是相变时新旧相体积变化而 产生的应变能；∆Gs是指弹性应变能以外的 相变阻力，近似看作定值。
马氏体相变的临界温度
Ms:马氏体相变开始点 Mf:马氏体相变结束点 As :逆马氏体相变开始
点
Af :逆马氏体相变结束 点
应力诱发马氏体相变
Stress Induced Martensitic Transformation
3.1形状记忆机理
3.1.1热弹性马氏体相变
f.c.c. b.c.t
马氏体相变 (Martensitic Transformation)
• 马氏体相变概述
– – – – 命名，德国人 Adolph Martens 最初的认识：相变产物的特征 深入研究：形核和生长的过程 生长速度
形状记忆合金
形狀記憶合金形狀記憶合金，Shape Memory Alloy(SMA)，是一種加熱後能恢復其原有形狀的特殊合金。
最早是在1951年時，在Au-Cu合金中發現具有形狀記憶的特性，之後又陸續在許多合金中發現有類似的反應，目前較引人注目的有Ti-Ni系合金及Cu系合金。
而形狀記憶合金所表現出來的特性有兩種，一種是形狀記憶效應(Shape Memory Effect，SME)，一種是擬彈性效應(Pseudeoelastic Effect)。
形狀記憶合金的特色一般金屬的塑性變形乃是由於差排的移動，而差排移動之後造成的塑性變形無法用加熱方法使其恢復形狀。
在形狀記憶合金中，當材料溫度降低，一種新的結構，我們稱之為麻田散相，會自原來的結構（我們稱之為奧斯田母相）中長出。
而其過程為可逆的，當溫度升高時，會轉換成奧斯田母相。
形狀記憶效應是利用當溫度低於麻田散相轉換溫度時，若外力超過彈性極限，材料結構會重新排列，使材料產生如塑性變形的情形，當溫度升高時，麻田散相會轉換回原來的奧斯田母相，而記得原來的樣子。
當溫度高於麻田散相轉換溫度，外加應力一樣會促使奧斯田母相產生麻田散相而得到如塑?岒雱峈滷“峞A，但是若外力去除，不穩定的麻田散相將轉換回母相，此時其“塑性變形“會隨之消失，故稱此種效應為擬彈性效應。
一班來說，金屬的彈性變形量只有２％，形狀記憶合金能夠承受的彈性變形量是一般金屬的四到五倍。
而形狀記憶效應或擬彈性效應的發生，完全取決於材料的麻田散轉換溫度相對於測試溫度的變化，如（圖一）是發生此兩種效應的應力及溫度範圍相對於滑移臨界應力的關係。
（圖二）形狀記憶效應與擬彈性效應的示意圖。
如何製作形狀記憶合金使用形狀記憶合金最重要的就是它的麻田散相轉換溫度，此一轉換溫度會因經歷此寸、外加應力、熱循環次數....等因素而改變，其中以合金成份的改變對麻田散相轉換溫度的影響最劇烈，以Cu-Zn-Al記憶合金來說，增加一個重量百分比的鋅會使麻田散相轉換溫度下降51℃；增加一個重量百分比的鋁會使麻田散相轉換溫度下降134.5℃之多，因此成份的控制包括正確的百分比及均勻的品質將非常重要。
形状记忆合金的制备与性能测试技巧
形状记忆合金的制备与性能测试技巧形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种具有记忆性能的功能性材料，具有独特的特性和广泛的应用前景。
本文将介绍形状记忆合金的制备方法和性能测试技巧。
一、形状记忆合金的制备方法1. 熔融法制备：通过熔融、凝固和热处理等步骤制备形状记忆合金。
首先，将合金成分按照一定比例混合，在高温下熔化形成合金液体。
然后，将液体注入模具或通过快速凝固技术将其固化为非晶态合金。
最后，通过热处理使非晶态合金转变为具有形状记忆性能的单相合金。
2. 粉末冶金法制备：首先，将合金元素粉末按照一定比例、粒度混合，形成合金粉末。
然后，将合金粉末压制成型，形成尺寸精确的坯料。
最后，通过热处理使坯料转变为具有形状记忆性能的合金。
3. 化学沉积法制备：通过溶液中金属离子的还原沉积，制备形状记忆合金薄膜。
首先，准备包含金属盐的溶液，然后通过电解或化学方法将金属离子还原沉积在基材表面，形成合金薄膜。
二、形状记忆合金的性能测试技巧1. 形状记忆性能测试：形状记忆性能是形状记忆合金的重要指标之一。
通过加载和卸载循环实验，可以测试合金在不同温度条件下的形状记忆性能。
测试时需要记录载荷-位移曲线，以评估合金的形状恢复特性。
2. 变形能力测试：形状记忆合金具有良好的变形能力，可以实现大范围的弹性变形。
通过拉伸试验、弯曲试验等方式，可以测试合金的变形能力和变形行为。
3. 疲劳性能测试：形状记忆合金需要经历大量的变形循环，在长期使用中具有良好的疲劳性能。
通过疲劳试验，可以评估合金在循环加载下的耐久性能和寿命。
4. 硬度测试：硬度是衡量形状记忆合金力学性能的重要指标之一。
通过微硬度仪等设备进行硬度测试，可以了解合金的抗变形能力和硬度值。
5. 热分析测试：通过差示扫描量热仪（DSC）等设备进行热分析，可以测试合金的相变温度、热峰值等热性能参数，以评估合金的热稳定性。
6. 微观结构分析：通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等设备进行结构观察和分析，可以了解合金的晶界、相变等微观结构特征，以揭示形状记忆机制。
形状记忆合金名词解释
形状记忆合金名词解释
形状记忆合金，简称SMA（Shape Memory Alloy），是一种具有记忆能力的特殊金属材料。
它在经历一定的变形之后，可以通过受热或其他外界刺激的方式恢复到最初的形状。
这种记忆效应是由于SMA 内部晶体结构的特殊性质所致。
形状记忆合金广泛应用于各个领域，包括机械、航空航天、医疗和电子等。
它具有优异的弹性、耐腐蚀性和耐疲劳性，可用于制造变形器件、阀门以及控制系统等。
其独特的性能和应用前景使得形状记忆合金成为材料科学和工程学领域的研究热点之一。
形状记忆合金的应用原理
形状记忆合金的应用原理什么是形状记忆合金？形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA），是一种能够记住自己形状的合金材料。
它具备两种不同的临界温度：A相临界温度和M相临界温度。
在低于A相临界温度时，SMA处于马氏体相（Martensite）；而在高于M相临界温度时，它处于奥氏体相（Austenite）。
因此，当受到外部力的作用或者温度变化时，SMA可以从一种相转变为另一种相。
形状记忆合金的应用形状记忆合金因其独特的形状记忆性能和超弹性，被广泛应用于多个领域。
下面是一些常见的形状记忆合金的应用：1.医疗领域形状记忆合金在医疗领域中的应用非常广泛。
例如，它可以用于制造医疗器械，如导管、支架等。
由于SMA具有记忆形状的能力，这些器械能够在进入人体后自行扩展、调整形状，提高手术的准确性和可控性。
2.航空航天领域形状记忆合金在航空航天领域的应用也非常广泛。
由于SMA具有调整形状的特性，它可以用于制造航空航天器的锁定机构、控制元件等。
这些元件能够适应不同的温度和力学环境，提升航空航天器的性能和安全性。
3.自动化领域形状记忆合金在自动化领域中的应用也越来越多。
例如，它可以用于制造自动马桶盖、自动窗帘等家居智能化产品。
通过利用SMA的形状记忆特性，这些产品能够实现自动开闭、伸缩等功能，提升用户体验。
4.机械领域形状记忆合金在机械领域中的应用也不容忽视。
例如，它可以用于制造高精密度的微调组件，如调焦机构、机械臂等。
利用SMA的形状记忆特性，这些组件能够实现精确的位置调节和灵活的动作控制。
形状记忆合金的工作原理形状记忆合金的工作原理是基于固相相变的特性，在变温或变形的作用下实现形状的记忆。
一个常见的形状记忆合金元件通常由两个相互转变的组织相组成：马氏体相（Martensite）和奥氏体相（Austenite）。
当形状记忆合金处于低于A相临界温度时，它处于马氏体相（Martensite）。
在这个相中，原子排列比较紧密，形成了一种略微畸变的结构。
形状记忆合金
形状记忆合金090201 王晓刚20090573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后，通过加热到某一临界温度以上又可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”（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。
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时候,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。
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。
形状记忆合金讲演讲解
冰块，“食道”又会遇冷收缩，从而可轻易取出，使失去进食功 能
的食道癌患者提高了生活质量。
（a）预压缩
（b）受热扩张后 （c）植入腔道内效果
展发与用应
生活方面应用 记忆眼镜框
利用形状记忆效应可以制成记忆眼镜框，如果不小心被碰弯曲 了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。而且这种眼镜 框具有超弹性，使人佩戴后感到非常舒适。
展发与用应
机械电子方面应用 工业机器人夹持器
利用形状记忆合金的单程记 忆效应，考虑到返程的动作。 所以要那个两片形状记忆驱 动元件构成差动结构来完成 反复动作。当SMA1弹簧通电 加热而产生收缩变形时，便 带动摆杆向内摆动，加紧工 件。若SMA1断电，通电加热 SMA2弹簧，则后者伸长变形 而推开摆杆放松工件。
究
高控制精度和反 应速度。
现有的 SMA 模型在 实际工程应用中都 还存在一些缺陷 , 如何克服这些缺点 , 从而精确地模拟出 SMA 的材料行为也 是一个需要研究的 重要课题。
在医学应用方面 , 还需继续研究 SMA 的生物相容性。 SMA 作为一种新型 功能材料 , 其加工 和制备工艺较难 控制 , 目前还没有 形成一条 SMA 自动 生产线 ,此外材料
展发与用应
生活方面应用 温度敏感开关
如图所示，把一普通的偏置弹 簧与形状记忆合金做成的弹簧 串联起来，当温度升高到上限 温度时，形状记忆合金收缩， 切断开关；当温度达到下限温 度时，偏置弹簧的力超过了形 状记忆合金弹簧的力，使电路 接通。它可用作温室窗户开闭 器、室内空调器的阀门、汽车 散热器的风扇离合器、防火用 的灭火器等，很有开发前景。
类分
类分
按驱动方式可分为两类
机器人中的形状记忆材料
机器人中的形状记忆材料一.前言形状记忆合金(SMA)不仅是一种具有潜在用途的智能材料，而且是一种新的功能材料, 其主要特征是具有形状记忆效应, 能感知温度或位移的变化, 可将热能转换为机械功，如果控制加热或冷却, 可获得重复性很好的设定的循环性动作。
由于形状记忆合金可集传感、驱动及执行机构于一体, 因而是一种很好的智能材料。
用形状记忆合金制作的机械动作元件具有独特的优点：如结构简单、体积小巧、成本低廉、控制方便等。
二.定义及原理（1）定义：形状记忆合金是经过适当的加工热处理使其记忆所要求的形状后,即使再变形，只要再加热到一定的温度，即可恢复到变形前形状。
由于具有形状记忆效应的金属一般是由两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金（SMA）。
（2）原理：大部分合金和陶瓷记忆材料是通过马氏体相变而呈现形状记忆效应的。
马氏体相变具有可逆性，将马氏体向奥氏体的转变称为逆转变。
形状记忆效应是热弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向奥氏体进行可逆转变的结果。
马氏相变是合金形状记忆效应与超塑性的基础。
三.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。
四.形状记忆合金的应用记忆合金应用十分广泛。
近年来, 随着形状记忆合金的逐渐进入工业化生产应用阶段, 在机器人的应用如在机器人元件控制、触觉传感器、机器人手足和筋骨动作部分的应用十分引人注目。
日本在这方面的工作获得了很大成功, 在国际上处于领先水平。
早在年在日本科学城筑波举行的博览会上, 日本展出的机器人中就有台使用了形状记忆合金。
日本在海底机器人、微型机器人中采用的器件又取得了新进展。
记忆合金
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”（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。
功能机理形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)是一种能够记忆原有形状的智能材料。
当合金在低于相变态温度下，受到一有限度的塑性变形后，可由加热的方式使其恢复到变形前的原始形状，这种特殊的现象称为形状记忆效应（Shape Memory Effect，简称SME）。
而当合金在高于相变态温度下，施以一应力使其受到有限度的塑性变形（非线性弹性变形）后，可利用直接释放应力的方式使其恢复到变形前的原始形状，此种特殊的现象又称为拟弹性（Pseudo Elasticity，简称PE）或超弹性（Super Elasticity）。
这两种形状记忆合金所拥有的独特性质在普通金属或合金材料上是无法发现的。
发展历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。
形状记忆合金
生物医疗
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。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（stress-induced martensite）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。
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。
分类
形状记忆效应
伪弹性
形状记忆效应
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。
其它
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。
sma树脂生产工艺
sma树脂生产工艺SMA树脂，全称为形状记忆合金树脂（Shape Memory Alloy Resin），是一种具有记忆性能的塑料材料。
它可以在受热或受力的情况下发生可逆形变，具有广泛的应用前景，例如在医疗、汽车、航空航天等领域。
SMA树脂的生产工艺主要包括原料合成、树脂成型、固化和调优等步骤。
首先，原料的合成是SMA树脂生产的关键一步。
SMA树脂的主要成分是聚氨酯弹性体和形状记忆合金粉末。
聚氨酯弹性体具有良好的弹性和可塑性，而形状记忆合金粉末则是实现形状记忆效应的关键。
合成这两种原料需要严格的配比和反应条件控制。
其次，树脂成型是将合成好的原料进行装瓶、注射或压制成型的过程。
具体的方法可以根据产品要求和工艺设备的不同而选用，例如注射成型机、压力机等。
在树脂成型过程中，需要控制好温度、压力和时间等参数，以确保树脂成型的质量和形状。
接下来，固化是将树脂成型后的材料在特定的温度下进行固化处理，从而使其形成稳定的记忆效应。
固化过程中会通过提高温度，使形状记忆合金粉末发生相变，并与聚氨酯弹性体交联，从而增加树脂的强度和硬度。
最后，调优是对固化后的SMA树脂进行调整和优化的过程。
根据产品的具体要求，可以通过调整树脂的成分、温度和固化时间等参数，来改善树脂的性能和记忆效应。
同时，还可以通过热处理、拉伸等加工方法，进一步提高树脂的形状记忆效应和力学性能。
总之，SMA树脂的生产工艺需要严格控制原料的合成、树脂的成型、固化和调优等步骤，以确保树脂的性能和质量。
这些工艺步骤的每一环节都需要精确控制和专业知识支持，才能生产出具有优异性能的SMA树脂材料。
镍钛合金形状记忆合金的特性及用途
形状记忆合金（简称SMA）是一种新型的功能材料,它已成为功能材料领域的研究热点之一。
本文介绍了形状记忆合金的特性，综述了形状记忆合金的发展历程、研究现状及应用特点，最后分析了形状记忆合金的发展趋势。
关键词：形状记忆合金；功能材料；形状记忆效应一．引言形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,其中形状记忆合金是形状记忆材料中较为重要的材料之一。
形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称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。
二．形状记忆合金的特性1．形状记忆效应：形状记忆合金经适当的热处理后具有恢复形状的能力,这种能力被称为形状记忆效应(Shape memory effect简称SME)。
形状记忆效应按恢复情况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。
2．超弹性效应：形状记忆合金受到外力时发生形变,去除外力后就恢复原状，这种现象称为超弹性。
形状记忆合金在发生超弹性形变时,诱发了马氏体相变, 去除外力后,又发生马氏体逆相变。
3．阻尼特性：形状记忆合金由于马氏体相变的自协调和马氏体中形成的各种界面(孪晶面、相界面、变体界面)及界面运动,而具有很好的阻尼特性。
4．电阻特性：吴小东等研究表明,对于初始组织为马氏体的Ni-Ti合金,在拉伸过程中电阻与应变之间呈线性关系;对于初始组织为奥氏体或奥氏体、马氏体两者混合的Ni-Ti合金,当发生应力诱发马氏体相变后,曲线的斜率降低,相变前后电阻-应变关系保持线性关系。
三．形状记忆合金的研究进展形状记忆效应最早是1932年由Olander在研究Au-Cd合金时发现的[7]。
1963年,美国海军武器实验室布勒(Buehler)等发现了钛镍合金具有形状记忆效应[8]。
1964年Cu-Al-Ni也被发现有这种效应[9]。
70年代以后，科学家又在304奥氏体不锈钢和Fe-18.5Mn中发现了这种效应[10]。
形状记忆合金执行器疲劳寿命
形状记忆合金执行器疲劳寿命
形状记忆合金（SMA）执行器是一种智能材料，它可以根据外部刺激（如温度、应力或磁场）改变形状，并且在去除刺激后能够恢复原状。
SMA执行器在许多领域都有广泛的应用，包括医疗器械、航空航天、汽车工业等。
关于SMA执行器的疲劳寿命，有以下几个方面需要考虑：
1. 循环次数，SMA执行器的疲劳寿命通常与其循环次数有关。
在不断的形状改变和恢复过程中，SMA执行器会经历应力的变化，这会影响其疲劳寿命。
因此，对于特定的SMA执行器，需要进行循环寿命测试来确定其在特定应力范围内的使用寿命。
2. 温度影响，SMA执行器的工作温度也会对其疲劳寿命产生影响。
在高温下，SMA执行器的疲劳寿命可能会缩短，因为高温会加速材料的老化过程。
因此，在设计和使用SMA执行器时，需要考虑其工作温度范围，以确保其疲劳寿命符合预期要求。
3. 应力水平，SMA执行器在工作过程中所承受的应力水平也会影响其疲劳寿命。
过高或过低的应力都可能导致疲劳寿命的缩短。
因此，在设计SMA执行器时，需要合理确定其工作应力范围，以延
长其疲劳寿命。
总的来说，SMA执行器的疲劳寿命受到多种因素的影响，包括循环次数、工作温度和应力水平等。
在实际应用中，需要综合考虑这些因素，并通过实验和仿真等手段来评估和预测SMA执行器的疲劳寿命，以确保其可靠性和稳定性。
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形状记忆合金发展历史
? 30年代，美国哈佛大学A. B. Greninger等发现CuZn合金在加热与冷却的 过程中，马氏体会随之收缩与长大
? 1948年，前苏联学者库尔久莫夫预测到某些具有马氏体相变的合金会出 现热弹性马氏体相变
? 1951年，张禄经、Read发现Au-47.5í 具有形状记忆效应 ? 1963年，美国海军武器试验室（Americal navy Ordinance Laboratory）的
9Crnsformation)
? 马氏体相变的一般特征
– 无扩散性 ：马氏体相变最本质的特征 – 切变性相变 – 共格性相变 – 惯习面 – 晶体缺陷 – 相变可逆性
马氏体相变是无扩散性相变
? LiMg合金在-200℃下发生了马氏体相变。在-200℃这样的 低温下，原子的扩散是不可能的。
第3章 形状记忆合金（SMA)
形状记忆效应简易演示实验
初始形状
拉直
加热后恢复
形状记忆效应
?形状记忆效应 :固体材料在发生了塑性变形后， 经过加热到某一温度之上，能够恢复到变形前的 形状，这种现象就叫做 形状记忆效应 Shape Memory Effect （SME） 。
普通金属材料
形状记忆合金
航天飞机释放的膨胀月面天线
– 除钢外，纯金属Li、Ti、Hg、Tl、Pu、Co，合金AuCd、 CZruOA2l，、非Ag金Zn属、材C料uZVn3、SiT，iN也i，存化在合马物氏半体导相体变BaTiO3、
马氏体与母相的平衡温度
马氏体相变的特征温度 （形状记忆效应的特征
温度） Ms:马氏体相变开始点 Mf:马氏体相变结束点 As :逆马氏体相变开始点 Af :逆马氏体相变结束点
? 共格性相变：相界面上的原子既属于母相， 也属于马氏体相
马氏体相变的惯习面 (Habit Plane)
? 在马氏体相变中，马氏体总是沿着母相的某 一晶面开始产生，这个晶面在马氏体相变的 全过程中，既不发生畸变，也不发生转动。 这样的晶面就称为惯习面，惯习面也是两相 的交界面
? 一般来说，每一种金属或合金在形成马氏体 时都有自己确定的惯习面
? FeC合金中，C原子和Fe原子的间隙位置，在奥氏体和马 氏体中都保持不变，并导致马氏体的四方性。
? 马氏体相变前后没有任何化学成分的改变，马氏体相成分 和原母相成分完全一致
马氏体相变是切变性相变
? 切变性相变：从母相到马氏体相的转变过程是以切 变方式进行的，是靠母相和新相界面上的原子以协 同的、集体的、定向的和有次序的方式移动，实现 从母相到马氏体相的转变
? 实验证明
– 浮凸：预先磨制抛光好的试样，当激冷发生马氏体相变 后，在试样表面能观察到宏观的倾斜的隆起
– 折线：在发生马氏体相变前，在试样上刻上一条直线， 发生马氏体相变后，刻痕直线受折，有的时候会被折成 几段，但直线仍然保持连续
马氏体相变中的浮凸和折线
马氏体相变的切变变形模式
马氏体相变是 共格性相变
马氏体相变
(Martensitic Transformation)
? 马氏体相变概述
– 命名，德国人 Adolph Martens – 最初的认识：相变产物的特征 – 深入研究：形核和生长的过程 – 生长速度
? 钢：105cm/s ? AuCd合金、CuZn合金：显微镜下肉眼观察
– 马氏体相变转变过程中，没有原子的扩散，也不改变成 分，仅仅是晶格结构发生变化。母相(P)和马氏体相(M)内 的晶格点阵有看一一对应的关系
马氏体相变的临界温度
Ms:马氏体相变开始点 Mf:马氏体相变结束点 As :逆马氏体相变开始 点 Af :逆马氏体相变结束 点
应力诱发马氏体相变
Stress Induced Martensitic Transformation
3.1形状记忆机理
3.1.1热弹性马氏体相变
f.c.c. b.c.t
? FeC合金和FeNi合金在-20～-195 ℃之间，马氏体形成的 时间约为0.05～0.5μs，在-200℃以下以同样的速度形成 马氏体。
? CuAl合金中，从母相到马氏体相的转变，有序结构保持不 变，根据有序母相的CuAl的原子位置及其取向关系，可以 计算出形成马氏体超结构X射线图相，结果与实验一致， 说明马氏体型相变过程只有原子位置的移动(小于一个原子 间距)，而没有原子位置的调换。
形状记忆材料种类
形状记忆合金 (Shape Memory Alloys,SMA) 马氏体
形状记忆陶瓷
相变
高分子材料 —— 晶态－玻璃态相变
形状记忆效应与马氏体相变
?形状记亿效应是在马氏体相变中发现的 ?马氏体相变中的的高温相叫做母相 (P)，低温相 叫做马氏体相 (M) ?马氏体正相变、马氏体逆相变。 ?马氏体逆相变中表现的形状记忆效应，不仅晶 体结构完全回复到母相状态，晶格位向也完全回 复到母相状态，这种相变晶体学可逆性只发生在 产生热弹性马氏体相变的合金中。 ?马氏体相变的临界温度： Ms、Mf、As、Af
Buehler 博士等发现 Ni-Ti 合金具有形状记忆效应，并开发了 Nitinol （NiTi-Navy-Ordinance-Laboratory）形状记忆合金。 ? 70年代，CuAlNi也被发现具有形状记忆功能 ? 1975年左右，FeMnSi及有些不锈钢也有形状记忆功能，并在工业中得到 应用 ? 1975 年至1980 年左右，双程形状记忆效应（ Two Way Shape Memory Effect）、全程形状记忆效应（All Round Shape Memory Effect）、逆向 形状记忆效应（Inverse Shape Memory Effect）相继被发现
定义(As-Ms)为马氏体相 变的热滞后
?G （T）P? M是母相转变为马氏体的驱动力； ? Gc P? M是母相转变为马氏体的化学驱动力 （? Gc P? M=G M -G P）；? Gnc P? M是非化学 驱动力，主要是相变时新旧相体积变化而 产生的应变能；? Gs是指弹性应变能以外的 相变阻力，近似看作定值。