形狀記憶合金的制備方法作用及發(fā)展前景

1、 形狀記憶合金的制備方法，作用及發(fā)展前景 摘要：本論文主要論述形狀記憶合金的相關(guān)內(nèi)容，扼要地?cái)⑹隽诵螤钣洃浐辖鸬闹苽浞椒?，作用，介紹了形狀記憶合金在工程中應(yīng)用的現(xiàn)狀以及發(fā)展前景。 關(guān)鍵詞：形狀記憶合金 制備方法 應(yīng)用 發(fā)展前景 引言 形狀記憶合金（Shape Memory Alloys,SMA）是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低溫度下發(fā)生的形變，恢復(fù)其形變前原始形狀的合金材料。除上述形狀記憶效應(yīng)外，這種合金的。另一個(gè)獨(dú)特性質(zhì)是在高溫（奧氏體狀態(tài)）下發(fā)生的“偽彈性”（又稱“超彈性”，英文pseudoelasticity）行為，表現(xiàn)為這種合金能承載比一般金屬大幾倍甚至幾十倍的可恢復(fù)應(yīng)變。形狀記憶

2、合金的這些獨(dú)特性質(zhì)源于其內(nèi)部發(fā)生的一種獨(dú)特的固態(tài)相變熱彈性馬氏體相變。研究表明，很多合金材料都具有SME，但只有在形狀變化過(guò)程中產(chǎn)生較大回復(fù)應(yīng)變和較大形狀恢復(fù)力的才具有利用價(jià)值。到目前為止，應(yīng)用最多的是Ni2Ti合金和銅基合金（CuZnAl 和CuAlNi）。 形狀記憶合金作為一種特殊的新型功能材料，集感知與驅(qū)動(dòng)于一體的智能材料，因其功能獨(dú)特，可制作小巧玲瓏，高度自動(dòng)化，性能可靠的元器件而備受矚目，并獲得廣泛應(yīng)用。 正文 一形狀記憶合金的制備方法 及添加元素Zr、Nb形狀記憶合金及其制備方法，該合金含有主要合金元素Ti、：，Zr，并加入元素V、Cr、SnAl；各組分重量百分比分別為：Ti：46

3、-60包括Mo、其中一種或兩種，其重量百分比SnMo15-25；添加元素選取、V、Cr、Nb15-25，：。本發(fā)明選用的主要合金元素均為對(duì)人體無(wú)毒性反應(yīng)且生體適0.5-2.52.0；Al：該合金具有出色的形狀記憶性能及超彈性特點(diǎn)，經(jīng)溶解合金化后，應(yīng)性良好的物質(zhì)；時(shí)效處理的合金可在更經(jīng)過(guò)固溶、99并可以進(jìn)行超過(guò)50乃至的冷加工變形性。廣的范圍內(nèi)具有較高的形狀記憶回復(fù)功能、較高的冷加工塑性及對(duì)人體無(wú)毒性等優(yōu)良性能。? 二形狀記憶合金的應(yīng)用 迄今為止，形狀記憶合金在空間技術(shù)、醫(yī)療器械、機(jī)械器具、電子設(shè)備、能源開(kāi)發(fā)、汽車工業(yè)及日常生活各方面都得到了廣泛的應(yīng)用，總的來(lái)說(shuō)，按使用特性的不同，可歸納為下面幾

4、類： （1）自由回復(fù) SMA在馬氏體相對(duì)產(chǎn)生塑性變形，溫度升高自由回復(fù)到記憶的形狀。自由回復(fù)的典型例子是人造衛(wèi)星的天線和血栓過(guò)濾器。美國(guó)航空航天局將Ti2Ni合金板或棒卷成竹筍狀或旋渦狀發(fā)條，收縮后安裝在衛(wèi)星內(nèi)。發(fā)射衛(wèi)星并進(jìn)入軌道后，利用加熱器或者太陽(yáng)能加熱天線，使之向宇宙空間撐開(kāi)。血栓過(guò)濾器把Ni2Ti合金記憶成網(wǎng)狀，低溫下拉直，通過(guò)導(dǎo)管插入靜腔，經(jīng)體溫加熱后，形狀變成網(wǎng)狀，可以阻止凝血塊流動(dòng)。有人設(shè)想，利用形狀記憶合金制作宇宙空間站的可展機(jī)構(gòu)，即以小體積發(fā)射，于空間展開(kāi)成所需的形狀，這是很有吸引力的機(jī)構(gòu)。 （2）強(qiáng)制回復(fù) 強(qiáng)制回復(fù)最成功的例子是SMA管接頭。事先把內(nèi)徑加工成比被接管外徑小4

5、%，當(dāng)進(jìn)行連接操作時(shí)，首先把管接頭浸泡在液態(tài)空氣中，在低溫保溫狀態(tài)下擴(kuò)徑后，把被接管從兩端插入，升高溫度，內(nèi)徑回復(fù)到擴(kuò)徑前的狀態(tài)，把被接管牢牢箍緊。利用SMA制作的腦動(dòng)脈瘤夾可夾住動(dòng)脈瘤根部，防止血液流入，使動(dòng)脈瘤塊血壞死。本田等人用厚度為0.15mm的Ti2Ni板制作的Ag2TiNi復(fù)合夾滿足小而輕、裝卸簡(jiǎn)便等要求，效果良好。此外，類似的用途還有電源連接器、自緊固螺釘、自緊固夾板、固定銷、密封墊圈、接骨板和脊柱側(cè)彎矯形哈倫頓棒等。 （3）精密控制 因?yàn)镾MA的相變發(fā)生在一定溫度范圍而不是某一固定溫度點(diǎn)，我們往往只利用一部分形狀回復(fù)，是機(jī)械裝置定位于指定的位置。微型機(jī)器人、昆蟲(chóng)型生物機(jī)械、機(jī)器

6、人手抓及微型調(diào)節(jié)器、筆尖記錄器及醫(yī)用內(nèi)窺鏡都屬于這一類。形狀記憶合金作用機(jī)器智能人的執(zhí)行器，及傳感、控制、換能、制動(dòng)于一身，具有仿真性好、控制靈活、動(dòng)作柔順、無(wú)振動(dòng)噪聲、易于結(jié)構(gòu)微型集成化優(yōu)點(diǎn)。日本的日立公司已研制出具有13個(gè)自由度的能撿起雞蛋的機(jī)器人。俄羅斯StlPetersburg機(jī)器人及控制技術(shù)學(xué)院在Cu-Al-Ni基合金材料的研究基礎(chǔ)上，研制出來(lái)擬人機(jī)械手，其手抓能移動(dòng)200KG的物體。該研究小組還給出了手爪的精確控制系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)生用到的具有多自由度能彎曲轉(zhuǎn)入腸道內(nèi)急診疾病，進(jìn)行手術(shù)的機(jī)器人也屬于這一類型?，F(xiàn)在的大腸鏡的直徑1020mm，這種內(nèi)窺鏡的直徑為13mm，因此它特別適用于作大腸

7、鏡。診斷過(guò)程中，醫(yī)生一邊看纖維鏡中的圖像，一邊移動(dòng)操縱桿給出前端的第1,2節(jié)彎曲角指令和內(nèi)窺鏡前進(jìn)、后退指令，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行柔性控制，使內(nèi)窺鏡能夠平滑地沿著通路前進(jìn)或后退，大大減小了患者的痛苦，也增加了診斷的準(zhǔn)確性。隨著目前超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，可進(jìn)一步制成微米級(jí)甚至更小的超微仿生物。 （4）動(dòng)力裝置 有些應(yīng)用領(lǐng)域，要求形狀記憶元件在多次循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)中對(duì)外產(chǎn)生力的作用。溫度繼電器和溫度保持器、自動(dòng)干燥箱、電子灶、熱機(jī)、微型儀器艙窗門自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)火警警報(bào)器、熱敏閥門、液氨泄露探測(cè)器、煤氣安全閥、通風(fēng)管道緊急啟動(dòng)閥門、自動(dòng)收進(jìn)煙頭的煙灰缸及人工心臟等都屬于這種應(yīng)用的類型。1997年美國(guó)

8、航空航天局的科學(xué)家利用成3cm，直徑0.115mm的Ni-Ti SMA驅(qū)動(dòng)火星探測(cè)器上的太陽(yáng)擋板，加熱SMA，使其收縮，通過(guò)傳動(dòng)裝置，打開(kāi)太陽(yáng)能電池上的玻璃擋板，電池充電。充電結(jié)束后，偏離彈簧重新是擋板復(fù)位。擋板的有效開(kāi)合可起到防塵的目的。 （5）超彈性應(yīng)用 SMA的偽彈性在醫(yī)學(xué)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)上的很多產(chǎn)品都應(yīng)用了SMA的偽彈性的性質(zhì)。主要有牙齒矯形絲、人工關(guān)節(jié)用自固定桿、接骨用超彈性Ni2Ti絲、玩具及塑料眼鏡框等。Ni2Ti絲用于矯形上，即使應(yīng)變量高于10%也不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，而且應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的過(guò)程中，應(yīng)變?cè)龃筝^多時(shí)矯正力卻增加很少。故能保持適宜的矯正力，即可保證療

9、效，也可減輕患者的不適感。 三形狀記憶合金的發(fā)展前景 形狀記憶材料的開(kāi)發(fā)研究已有50多年，從最初的合金已擴(kuò)展到陶瓷和高分子材料，并且各種先進(jìn)的聲場(chǎng)工藝技術(shù)已被應(yīng)用到形狀記憶材料的研究、開(kāi)和應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，形狀記憶合金材料的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。在形狀記憶合金的實(shí)用化進(jìn)程中，急需積累并分析關(guān)于材料特性、功能可靠性、生活相容性和細(xì)胞毒性等方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料?？梢灶A(yù)言，隨著對(duì)SMA研究的進(jìn)一步深化，傳統(tǒng)的機(jī)電4一體化系統(tǒng)完全有可能發(fā)展成為材料電子一體化系統(tǒng)。 總結(jié) 形狀記憶合金目前已發(fā)展到十幾種，在航空，軍事，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，而且發(fā)展趨勢(shì)十分可觀。這些研究表明我們已經(jīng)做出了一個(gè)邁步，但我們需要將這一步邁的更大。加以時(shí)日，它將大展宏圖，造福于人類。 參考文獻(xiàn) 1 崔海寧. 形狀記憶合金在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用J 山西