形状记忆合金课件
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无机非金属材料
A
1
记忆合金目录
• 一：记忆合金的介绍 • 二：记忆合金的发展 • 三：记忆合金的分类 • 四：记忆合金的原理 • 五：记忆合金的应用
A
2
形状记忆合金
记忆合金即拥有“记忆”效应的合金，在航 空航天领域内的应用有很多成功的范例。 人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制 作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折 叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫 星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫 星天线因具有“记忆”功能而自然展开， 恢复抛物面形状 。
固铆钉依靠形状恢复可进行这种操作。
✓ Af点低于室温的合金用来制造紧固铆钉，尾部形状记忆处 理成开口形状；
✓ 进行紧固操作前，把紧固铆钉浸泡在干冰或液态空气中进 行充分冷却，然后把尾部拉直；
✓ 插入被紧固孔； ✓ 温度回升后产生形状恢复，铆钉尾部叉开把物体固紧。
(a)开口
(b)拉直
(c)插入
形状记忆A紧固螺钉
在制冷时向上、取暖时向下。
• 利用形状记忆元件传感和驱动特
性制造上下自动转换的百叶板。 安装在排气口的形状记忆线圈随 排气温度变化进行收缩或张开， 和另一侧偏动弹簧一起完成双程 动作，自动控制百叶板运动。
• 经10万次以上的动作后证实，形
状记忆特性没有任何下降。
A
空调百叶板
16
形状记忆合金眼镜架
A
A
3
NiTi形状记忆合金折叠发射 自动张开的宇航天线原理图
A
4
记忆合金的发展
• 形状记忆效应最早发现于30年代， 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。
• 20世纪30年代，美国哈佛大学A. B. Greninger等发现CuZn合金在加热与冷
焊的高温高热，不会损害周围材料，在低温下易 拆卸，便于检修检查。
✓ 这种管接头在F-14战斗机上使用了10万个以上，从未出 现过漏油等事故。
✓ 这类管接头在核潜艇的管路连接上也可大量应用。 ✓ 150mm大口径管接头在海底输油管道及其修补工程上得
到应用。
F14战斗机
战略核潜艇
A
12
• 密闭中空结构件中很难进行紧固操作，形状记忆紧
17
谢谢
Fra Baidu bibliotek
A
18
又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应 。
A
7
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
冷却
A
8
形状记忆的原理
一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点， 就产生塑性变形，压力消除后留下永久变形。但有些材料，在发生了 塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现 象叫做形状记忆效应（SME）。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）。
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-47.5%Cd具有形状记忆效应；
A
5
1963年，美国海军武器试验室（Americal navy Ordinance Laboratory）的Buehler博士等发现 Ni-Ti合金具有形状记忆效应，并开发了Nitinol （Ni-Ti-Navy-Ordinance-Laboratory）形状记忆 合金；
(d)加热
13
智能机器人
• 形状记忆合金可制成驱动器、控
制器等应用在智能机器人中。
• 形状记忆驱动器通过适当加热和
控制，可完成往返或旋转运动， 兼之具有感温功能。
• 形状记忆控制机构同传统伺服控
制机构相比，一个形状记忆元件 就可起到传统机构中传感、驱动 和传递三系统功能的作用。
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智能控制器
14
医学应用
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；
A
6
形状记忆合金的分类
• 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
✓ 合金内径加工成比被接管径约小45％，
✓ 把管接头浸泡在液态空气中，在 低温状态下使内径扩大约7-8%，
✓ 扩径后管接头用保温材料保持低 温，被接管从管接头两侧插入，
✓ 去掉保温材料，管接头温度上升 到室温，内径恢复到扩径前状态， 牢牢箍紧被接管。
A
形状记忆管接头
11
• 形状记忆合金管接头具有高度的可靠性，不需熔
普通金属材料
形状记忆合金
A
9
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，将马氏体向高温相（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高 温相进行可逆转变的结果 。
A
10
记忆合金应用连接件和紧固件
• 形状记忆合金管接头用相变点
约-150℃的TiNiFe合金制备。
1.人工心脏用人造肌肉：可以用形状记忆合金制
造人工心脏用人造肌肉，用以充当人造心脏的驱 动源。
2.血栓过滤器：美国用TiNi合金丝试制了用来阻
止游动于静脉中的凝血块的过滤器。
3.冠状动脉内支架、食管、胃肠支架
4.牙齿矫形丝、Ω形脊柱人造关节、脊柱侧弯 矫形用哈伦顿棒等
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日常生活
空调百叶板
• 空调排气口上装有百叶板，风向
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记忆合金目录
• 一：记忆合金的介绍 • 二：记忆合金的发展 • 三：记忆合金的分类 • 四：记忆合金的原理 • 五：记忆合金的应用
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形状记忆合金
记忆合金即拥有“记忆”效应的合金，在航 空航天领域内的应用有很多成功的范例。 人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制 作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折 叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫 星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫 星天线因具有“记忆”功能而自然展开， 恢复抛物面形状 。
固铆钉依靠形状恢复可进行这种操作。
✓ Af点低于室温的合金用来制造紧固铆钉，尾部形状记忆处 理成开口形状；
✓ 进行紧固操作前，把紧固铆钉浸泡在干冰或液态空气中进 行充分冷却，然后把尾部拉直；
✓ 插入被紧固孔； ✓ 温度回升后产生形状恢复，铆钉尾部叉开把物体固紧。
(a)开口
(b)拉直
(c)插入
形状记忆A紧固螺钉
在制冷时向上、取暖时向下。
• 利用形状记忆元件传感和驱动特
性制造上下自动转换的百叶板。 安装在排气口的形状记忆线圈随 排气温度变化进行收缩或张开， 和另一侧偏动弹簧一起完成双程 动作，自动控制百叶板运动。
• 经10万次以上的动作后证实，形
状记忆特性没有任何下降。
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空调百叶板
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形状记忆合金眼镜架
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NiTi形状记忆合金折叠发射 自动张开的宇航天线原理图
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记忆合金的发展
• 形状记忆效应最早发现于30年代， 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。
• 20世纪30年代，美国哈佛大学A. B. Greninger等发现CuZn合金在加热与冷
焊的高温高热，不会损害周围材料，在低温下易 拆卸，便于检修检查。
✓ 这种管接头在F-14战斗机上使用了10万个以上，从未出 现过漏油等事故。
✓ 这类管接头在核潜艇的管路连接上也可大量应用。 ✓ 150mm大口径管接头在海底输油管道及其修补工程上得
到应用。
F14战斗机
战略核潜艇
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• 密闭中空结构件中很难进行紧固操作，形状记忆紧
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谢谢
Fra Baidu bibliotek
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又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应 。
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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
冷却
A
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形状记忆的原理
一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点， 就产生塑性变形，压力消除后留下永久变形。但有些材料，在发生了 塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现 象叫做形状记忆效应（SME）。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）。
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-47.5%Cd具有形状记忆效应；
A
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1963年，美国海军武器试验室（Americal navy Ordinance Laboratory）的Buehler博士等发现 Ni-Ti合金具有形状记忆效应，并开发了Nitinol （Ni-Ti-Navy-Ordinance-Laboratory）形状记忆 合金；
(d)加热
13
智能机器人
• 形状记忆合金可制成驱动器、控
制器等应用在智能机器人中。
• 形状记忆驱动器通过适当加热和
控制，可完成往返或旋转运动， 兼之具有感温功能。
• 形状记忆控制机构同传统伺服控
制机构相比，一个形状记忆元件 就可起到传统机构中传感、驱动 和传递三系统功能的作用。
A
智能控制器
14
医学应用
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；
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形状记忆合金的分类
• 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
✓ 合金内径加工成比被接管径约小45％，
✓ 把管接头浸泡在液态空气中，在 低温状态下使内径扩大约7-8%，
✓ 扩径后管接头用保温材料保持低 温，被接管从管接头两侧插入，
✓ 去掉保温材料，管接头温度上升 到室温，内径恢复到扩径前状态， 牢牢箍紧被接管。
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形状记忆管接头
11
• 形状记忆合金管接头具有高度的可靠性，不需熔
普通金属材料
形状记忆合金
A
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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，将马氏体向高温相（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高 温相进行可逆转变的结果 。
A
10
记忆合金应用连接件和紧固件
• 形状记忆合金管接头用相变点
约-150℃的TiNiFe合金制备。
1.人工心脏用人造肌肉：可以用形状记忆合金制
造人工心脏用人造肌肉，用以充当人造心脏的驱 动源。
2.血栓过滤器：美国用TiNi合金丝试制了用来阻
止游动于静脉中的凝血块的过滤器。
3.冠状动脉内支架、食管、胃肠支架
4.牙齿矫形丝、Ω形脊柱人造关节、脊柱侧弯 矫形用哈伦顿棒等
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日常生活
空调百叶板
• 空调排气口上装有百叶板，风向