第2章 金屬功能材料3形狀記憶合金

1、第三節(jié)第三節(jié) 形狀記憶合金形狀記憶合金 飛機(jī)在出現(xiàn)事故如鳥(niǎo)撞擊飛機(jī)時(shí)，飛機(jī)能自我修復(fù)裂痕。飛機(jī)在出現(xiàn)事故如鳥(niǎo)撞擊飛機(jī)時(shí)，飛機(jī)能自我修復(fù)裂痕。 在地震中受到破壞的建筑物、橋梁能自行加固，裂縫會(huì)自行封合。在地震中受到破壞的建筑物、橋梁能自行加固，裂縫會(huì)自行封合。 我們使用的各種材料像有生命的東西一樣，能根據(jù)外界環(huán)境自我判我們使用的各種材料像有生命的東西一樣，能根據(jù)外界環(huán)境自我判斷、自我適應(yīng)、自我修復(fù)。斷、自我適應(yīng)、自我修復(fù)。請(qǐng)你想象一下請(qǐng)你想象一下l 1988年年4月月28日波音日波音737飛機(jī)在美國(guó)出現(xiàn)災(zāi)難性斷裂事故，如今飛機(jī)飛機(jī)在美國(guó)出現(xiàn)災(zāi)難性斷裂事故，如今飛機(jī)的事故仍在繼續(xù)發(fā)生。的事故仍在繼

2、續(xù)發(fā)生。l 2008年年5月月12日我國(guó)發(fā)生了舉世震驚的汶川大地震，傷亡慘重。日我國(guó)發(fā)生了舉世震驚的汶川大地震，傷亡慘重。一、形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)過(guò)程一、形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)過(guò)程l 1932年年 瑞典人歐勒特在觀察某種金鎘合金的性能時(shí)首次發(fā)現(xiàn)形狀瑞典人歐勒特在觀察某種金鎘合金的性能時(shí)首次發(fā)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。記憶效應(yīng)。l 1938年年 哈佛大學(xué)的研究人員在一種銅鋅合金中發(fā)現(xiàn)了一種隨溫度哈佛大學(xué)的研究人員在一種銅鋅合金中發(fā)現(xiàn)了一種隨溫度的升高和降低而逐漸增大或縮小的形狀變化。但當(dāng)時(shí)并未引起人們的升高和降低而逐漸增大或縮小的形狀變化。但當(dāng)時(shí)并未引起人們的重視。的重視。l 1962年年 美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室在開(kāi)發(fā)

3、新型艦船材料時(shí)，在美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室在開(kāi)發(fā)新型艦船材料時(shí)，在ti-ni合金中發(fā)合金中發(fā)現(xiàn)把直條形的材料加工成彎曲形狀，經(jīng)加熱后它的形狀又恢復(fù)到原現(xiàn)把直條形的材料加工成彎曲形狀，經(jīng)加熱后它的形狀又恢復(fù)到原來(lái)的直條形。從來(lái)的直條形。從 此形狀記憶合金引起了極大的關(guān)注。此形狀記憶合金引起了極大的關(guān)注。l 此后的此后的40多年多年的研究過(guò)程中，在相變理論應(yīng)用研究上都取得了很大的研究過(guò)程中，在相變理論應(yīng)用研究上都取得了很大的成就。目前已發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶效應(yīng)的合金涉及的成就。目前已發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶效應(yīng)的合金涉及7、8個(gè)合金系，個(gè)合金系，達(dá)幾十種合金。其中達(dá)幾十種合金。其中ni-ti合金和合金和cu基合金已進(jìn)入

4、工業(yè)應(yīng)用，其范基合金已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，其范圍涉及國(guó)防、汽車、機(jī)械、能源、交通、生物醫(yī)學(xué)及及常生活等領(lǐng)圍涉及國(guó)防、汽車、機(jī)械、能源、交通、生物醫(yī)學(xué)及及常生活等領(lǐng)域。域。形狀記憶合金演示實(shí)驗(yàn)形狀記憶合金演示實(shí)驗(yàn) 材料在一定的溫度下會(huì)恢復(fù)一定的形狀，仿佛記住了材料在一定的溫度下會(huì)恢復(fù)一定的形狀，仿佛記住了溫度所賦予的形狀一樣。溫度所賦予的形狀一樣。鐵也有兩種不同的基本晶鐵也有兩種不同的基本晶體結(jié)構(gòu)，即體心立方鐵和面心體結(jié)構(gòu)，即體心立方鐵和面心立方鐵。立方鐵。這種由相同的原子組成的這種由相同的原子組成的不同的晶體結(jié)構(gòu)，在材料學(xué)中不同的晶體結(jié)構(gòu)，在材料學(xué)中又稱為不同的又稱為不同的“相相”。體心立方鐵和面心

5、立方鐵體心立方鐵和面心立方鐵屬不同的屬不同的“相相”，前者稱為，前者稱為 fe (鐵素體鐵素體)，后者稱為，后者稱為fe（奧氏體）（奧氏體）。二、形狀記憶合金記憶效應(yīng)二、形狀記憶合金記憶效應(yīng) 前者是常溫下存在，而后者是高溫下存在，它們?cè)谟捕取⒚芮罢呤浅叵麓嬖?，而后者是高溫下存在，它們?cè)谟捕?、密度和塑性變形能力等性質(zhì)上都不相同。度和塑性變形能力等性質(zhì)上都不相同。l 人們利用同一種成分的材料可以有不同的人們利用同一種成分的材料可以有不同的“相相”，就能演出一幕，就能演出一幕幕幕“相相”變戲，即改變外界條件如溫度，使材料由一種晶體結(jié)構(gòu)變戲，即改變外界條件如溫度，使材料由一種晶體結(jié)構(gòu)變成另一種晶體結(jié)

6、構(gòu)，材料的力學(xué)性能和物理或化學(xué)性能也就隨變成另一種晶體結(jié)構(gòu)，材料的力學(xué)性能和物理或化學(xué)性能也就隨之改變，當(dāng)溫度恢復(fù)時(shí)材料的晶體結(jié)構(gòu)也恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，性之改變，當(dāng)溫度恢復(fù)時(shí)材料的晶體結(jié)構(gòu)也恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，性質(zhì)也隨之復(fù)原。質(zhì)也隨之復(fù)原。l 形狀記憶合金形狀記憶合金(shape memory alloy)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱sma，是具有形狀記，是具有形狀記憶效應(yīng)的合金。憶效應(yīng)的合金。l 合金的形狀記憶效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是在溫度和應(yīng)力的作用下，合金內(nèi)部合金的形狀記憶效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是在溫度和應(yīng)力的作用下，合金內(nèi)部熱彈性馬氏體形成、變化、消失的相變過(guò)程的宏觀表現(xiàn)。熱彈性馬氏體形成、變化、消失的相變過(guò)程的宏觀表現(xiàn)。l 這

7、種熱彈性馬氏體不像這種熱彈性馬氏體不像fe-c合金中的馬氏體那樣，在加熱轉(zhuǎn)變成合金中的馬氏體那樣，在加熱轉(zhuǎn)變成它的母相（奧氏體）之前即發(fā)生分解，而是它的母相（奧氏體）之前即發(fā)生分解，而是加熱時(shí)直接轉(zhuǎn)成它的加熱時(shí)直接轉(zhuǎn)成它的母體母體。l 將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到mf點(diǎn)以下，對(duì)之進(jìn)行一定限點(diǎn)以下，對(duì)之進(jìn)行一定限度的變形，卸去載荷后，變形被保留下來(lái)；度的變形，卸去載荷后，變形被保留下來(lái)；l 將變形了的試樣加熱到將變形了的試樣加熱到af點(diǎn)，試樣恢復(fù)到變形前的形狀。點(diǎn)，試樣恢復(fù)到變形前的形狀。圖中圖中mf表示冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的終止溫度，表示冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的終止溫度，af表示逆轉(zhuǎn)

8、完全的溫度。表示逆轉(zhuǎn)完全的溫度。 形狀記憶效應(yīng)可分為三類：形狀記憶效應(yīng)可分為三類：l單程記憶效應(yīng)：?jiǎn)纬逃洃浶?yīng)：在馬氏體狀態(tài)下受力變形，加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻在馬氏體狀態(tài)下受力變形，加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)不恢復(fù)低溫相形狀。時(shí)不恢復(fù)低溫相形狀。l雙程記憶效應(yīng)（可逆形狀記憶效應(yīng)）：雙程記憶效應(yīng)（可逆形狀記憶效應(yīng)）：加熱時(shí)恢復(fù)高溫形狀，冷卻時(shí)恢復(fù)加熱時(shí)恢復(fù)高溫形狀，冷卻時(shí)恢復(fù)低溫形狀，即通過(guò)溫度升降自發(fā)地可逆地反復(fù)恢復(fù)高低溫的形狀。低溫形狀，即通過(guò)溫度升降自發(fā)地可逆地反復(fù)恢復(fù)高低溫的形狀。l全程記憶效應(yīng)：全程記憶效應(yīng)：加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾醇訜釙r(shí)恢復(fù)高溫相形狀，

9、冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹母邷叵嘈螤睢＿@是一種特殊的雙程記憶效應(yīng)。的高溫相形狀。這是一種特殊的雙程記憶效應(yīng)。三、馬氏體相變與形狀記憶效應(yīng)三、馬氏體相變與形狀記憶效應(yīng)1. 形狀記憶合金的特性形狀記憶合金的特性 合金在某一溫度下變形后，仍保持其變形的形狀，但當(dāng)溫度升高合金在某一溫度下變形后，仍保持其變形的形狀，但當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，其形狀恢復(fù)到變形前的原形狀，即對(duì)以前的形狀保持到某一溫度時(shí)，其形狀恢復(fù)到變形前的原形狀，即對(duì)以前的形狀保持記憶特性，稱為記憶特性，稱為形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)。形狀記憶合金與普通材料的變形及恢。形狀記憶合金與普通材料的變形及恢復(fù)特性差別如圖復(fù)特性差別如圖1所示。

10、所示。 普通金屬和合金，在彈性范圍變形時(shí)，載荷去除后可恢復(fù)到原來(lái)形普通金屬和合金，在彈性范圍變形時(shí)，載荷去除后可恢復(fù)到原來(lái)形狀，無(wú)永久變形，但當(dāng)變形超過(guò)彈性范圍時(shí)再去除載荷，材料不能恢復(fù)狀，無(wú)永久變形，但當(dāng)變形超過(guò)彈性范圍時(shí)再去除載荷，材料不能恢復(fù)到原來(lái)形狀而保留永久變形，加熱并不能使此永久變形消除，如圖到原來(lái)形狀而保留永久變形，加熱并不能使此永久變形消除，如圖1a所所示。而形狀記憶合金在變形超過(guò)彈性范圍時(shí)，去載后雖也有殘留變形，示。而形狀記憶合金在變形超過(guò)彈性范圍時(shí)，去載后雖也有殘留變形，但當(dāng)加熱到某一溫度時(shí)，殘留變形消失而恢復(fù)到原來(lái)形狀，如圖但當(dāng)加熱到某一溫度時(shí)，殘留變形消失而恢復(fù)到原來(lái)形

11、狀，如圖1c。另。另外，形狀記憶合金變形超過(guò)彈性范圍后，在某一程度內(nèi)，當(dāng)去除載荷后，外，形狀記憶合金變形超過(guò)彈性范圍后，在某一程度內(nèi)，當(dāng)去除載荷后，也能徐徐返回原形，如圖也能徐徐返回原形，如圖1b所示，這一特性稱為所示，這一特性稱為超彈性超彈性。如。如cuaini合合金，當(dāng)伸長(zhǎng)超過(guò)金，當(dāng)伸長(zhǎng)超過(guò)20%(大于彈性極限大于彈性極限)后，去載仍可恢復(fù)。后，去載仍可恢復(fù)。圖圖1 形狀記憶效應(yīng)和超彈性形狀記憶效應(yīng)和超彈性a) 普通金屬；普通金屬；b) 超彈性；超彈性；c) 形狀記憶形狀記憶2. 溫度的單程與雙程形狀記憶溫度的單程與雙程形狀記憶 將高溫母相冷卻到開(kāi)始在母相中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度稱為將高溫母

12、相冷卻到開(kāi)始在母相中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度稱為馬氏馬氏體開(kāi)始相變溫度體開(kāi)始相變溫度ms，繼續(xù)冷卻到馬氏體相變停止的溫度稱為，繼續(xù)冷卻到馬氏體相變停止的溫度稱為mf；將處；將處于低溫的馬氏體相加熱，到開(kāi)始發(fā)生馬氏體到母相的逆相變的溫度稱于低溫的馬氏體相加熱，到開(kāi)始發(fā)生馬氏體到母相的逆相變的溫度稱為為as，繼續(xù)加溫到某一溫度，馬氏體相全部轉(zhuǎn)變到原母相的狀態(tài)，此，繼續(xù)加溫到某一溫度，馬氏體相全部轉(zhuǎn)變到原母相的狀態(tài)，此溫度為溫度為af。 形狀記憶效應(yīng)一般以形狀回復(fù)率形狀記憶效應(yīng)一般以形狀回復(fù)率來(lái)表示。設(shè)試樣在母相態(tài)時(shí)的來(lái)表示。設(shè)試樣在母相態(tài)時(shí)的原始形狀原始形狀(若以長(zhǎng)度表示若以長(zhǎng)度表示)為為l0，馬氏體

13、態(tài)時(shí)經(jīng)形變，馬氏體態(tài)時(shí)經(jīng)形變(若為拉伸若為拉伸)為為l1，經(jīng)，經(jīng)高溫逆相變后為高溫逆相變后為l2，則，則1210()(%)100%()llll3. 非熱彈性、熱彈性和半熱彈性馬氏體相變非熱彈性、熱彈性和半熱彈性馬氏體相變（1）非熱彈性馬氏體）非熱彈性馬氏體 馬氏體一旦形核轉(zhuǎn)變，在馬氏體一旦形核轉(zhuǎn)變，在10-7s的瞬間即長(zhǎng)成最終狀態(tài)，并且不的瞬間即長(zhǎng)成最終狀態(tài)，并且不隨溫度下降而長(zhǎng)大。在馬氏體逆相變時(shí)和馬氏體相變一樣，需要一隨溫度下降而長(zhǎng)大。在馬氏體逆相變時(shí)和馬氏體相變一樣，需要一定的過(guò)熱度，母相同樣在馬氏體中形核并迅速長(zhǎng)大。開(kāi)始逆轉(zhuǎn)變溫定的過(guò)熱度，母相同樣在馬氏體中形核并迅速長(zhǎng)大。開(kāi)始逆轉(zhuǎn)變溫

14、度度as總是高于總是高于ms，因?yàn)槟嫦嘧凃?qū)動(dòng)力，因?yàn)槟嫦嘧凃?qū)動(dòng)力g mp和和g pm幾乎相等，于是幾乎相等，于是g mp和和g pm為零時(shí)的平衡溫度都為為零時(shí)的平衡溫度都為t0，則有平衡溫度，則有平衡溫度t0為為01()2sstam 非熱彈性馬氏體相變熱滯大、非熱彈性馬氏體相變熱滯大、as-ms溫差大，相變時(shí)，母相晶體溫差大，相變時(shí)，母相晶體產(chǎn)生塑性變形，兩相界面不具有協(xié)調(diào)性，相界面不能隨溫度變化可產(chǎn)生塑性變形，兩相界面不具有協(xié)調(diào)性，相界面不能隨溫度變化可逆往復(fù)遷動(dòng)。無(wú)形狀記憶效應(yīng)或僅顯示有限記憶效應(yīng)，如一般鋼中逆往復(fù)遷動(dòng)。無(wú)形狀記憶效應(yīng)或僅顯示有限記憶效應(yīng)，如一般鋼中的馬氏體。的馬氏體。（2

15、） 熱彈性馬氏體熱彈性馬氏體 馬氏體和母相的晶體點(diǎn)陣呈完全的晶體學(xué)可逆性的馬氏體相變稱馬氏體和母相的晶體點(diǎn)陣呈完全的晶體學(xué)可逆性的馬氏體相變稱為為熱彈性馬氏體相變熱彈性馬氏體相變。分成兩類：。分成兩類： 第一類是第一類是ms-mf的間隔溫度小，而且的間隔溫度小，而且asms，如，如aucd(鎘鎘)合金、合金、cualni等合金；等合金； 第二類是第二類是ms-mf的間隔溫度大，而且的間隔溫度大，而且asl時(shí)，形狀回復(fù)率時(shí)，形狀回復(fù)率隨應(yīng)變隨應(yīng)變 的增加而下降。的增加而下降。 4) 循環(huán)效應(yīng)循環(huán)效應(yīng) 用于驅(qū)動(dòng)元件的形狀記憶合金在實(shí)際使用過(guò)程中，一般都要經(jīng)用于驅(qū)動(dòng)元件的形狀記憶合金在實(shí)際使用過(guò)程中

16、，一般都要經(jīng)過(guò)反復(fù)的熱循環(huán)，即經(jīng)歷反復(fù)的相變過(guò)反復(fù)的熱循環(huán)，即經(jīng)歷反復(fù)的相變-逆相變，而且經(jīng)常要進(jìn)行伴隨逆相變，而且經(jīng)常要進(jìn)行伴隨變形的熱機(jī)械循環(huán)，即相變變形的熱機(jī)械循環(huán)，即相變-變形變形-逆相變。逆相變。2. 銅銅-基形狀記憶合金基形狀記憶合金(3) 其他銅基形狀記憶合金其他銅基形狀記憶合金 1) cu-al-ni-mn-ti 相變溫度高，耐熱性好，適用于較高溫度，可達(dá)成相變溫度高，耐熱性好，適用于較高溫度，可達(dá)成200。 2) cu-zn-al-mn-ni-ti 良好的形狀記憶性能，室溫下最大可回復(fù)應(yīng)變達(dá)良好的形狀記憶性能，室溫下最大可回復(fù)應(yīng)變達(dá)4.0%。 3) cu-al-mn-zn-z

17、r 用作為連接件，如管接頭、鉚釘?shù)刃螤钣洃浐辖?。用作為連接件，如管接頭、鉚釘?shù)刃螤钣洃浐辖稹?4) cu-al-mn-co 改善形狀記憶效果和偽彈性、延性和雙程記憶效效應(yīng)。改善形狀記憶效果和偽彈性、延性和雙程記憶效效應(yīng)。 5) cu-al-nb 含少量含少量鈮鈮(0.27%)時(shí)淬火態(tài)合金的回復(fù)率時(shí)淬火態(tài)合金的回復(fù)率可達(dá)可達(dá)98%。 目目前市場(chǎng)銷售的形狀記憶合金主要為前市場(chǎng)銷售的形狀記憶合金主要為ni-ti和和cu-zn-ai兩類。兩類。ni-ti合金，因其優(yōu)越的形狀記憶特性和超彈性，特別是它具有良好的生合金，因其優(yōu)越的形狀記憶特性和超彈性，特別是它具有良好的生物相容性能適用于醫(yī)用器件。物相容性

18、能適用于醫(yī)用器件。 銅基形狀記憶合金則以其加工制造容易、價(jià)格低廉、導(dǎo)電導(dǎo)熱率銅基形狀記憶合金則以其加工制造容易、價(jià)格低廉、導(dǎo)電導(dǎo)熱率高而在某些動(dòng)作頻次要求不很高的場(chǎng)合獲得了廣泛的應(yīng)用，特別適用高而在某些動(dòng)作頻次要求不很高的場(chǎng)合獲得了廣泛的應(yīng)用，特別適用于制作各種熱保護(hù)元件，如淋浴器防燙閥門(mén)、消防防火閥門(mén)、通信器于制作各種熱保護(hù)元件，如淋浴器防燙閥門(mén)、消防防火閥門(mén)、通信器材防雷擊器材等裝置中的熱驅(qū)動(dòng)元件。材防雷擊器材等裝置中的熱驅(qū)動(dòng)元件。1. 工程應(yīng)用工程應(yīng)用（1）連接緊固件）連接緊固件 利用優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)制成各種連接緊固件，如管接頭、緊固利用優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)制成各種連接緊固件，如管接頭、

19、緊固圈、連接套管和緊固鉚釘?shù)?。記憶合金連接件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、所圈、連接套管和緊固鉚釘?shù)?。記憶合金連接件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、所占空間小，安全性高、拆卸方便、性能穩(wěn)定可靠，已被廣泛用于航天、占空間小，安全性高、拆卸方便、性能穩(wěn)定可靠，已被廣泛用于航天、航空、電子和機(jī)械工程等領(lǐng)域。航空、電子和機(jī)械工程等領(lǐng)域。 管接頭。管接頭。是形狀記憶合金最成功的應(yīng)用之一，自是形狀記憶合金最成功的應(yīng)用之一，自20世紀(jì)世紀(jì)70年以來(lái)，年以來(lái)，在美國(guó)各種型號(hào)飛機(jī)上已成功使用數(shù)百萬(wàn)只，至今無(wú)一例失效。在美國(guó)各種型號(hào)飛機(jī)上已成功使用數(shù)百萬(wàn)只，至今無(wú)一例失效。nitinb寬滯后形狀記憶合金經(jīng)適當(dāng)變形處理相變滯后高達(dá)寬滯后形狀

20、記憶合金經(jīng)適當(dāng)變形處理相變滯后高達(dá)150，用，用其制成管接頭可以在常溫下儲(chǔ)存和運(yùn)輸。其制成管接頭可以在常溫下儲(chǔ)存和運(yùn)輸。五、五、 形狀記憶合金的應(yīng)用形狀記憶合金的應(yīng)用 先將其加工成內(nèi)徑比連接管的外徑小的套管，在低溫下（先將其加工成內(nèi)徑比連接管的外徑小的套管，在低溫下（m狀態(tài)）狀態(tài)）進(jìn)行擴(kuò)孔，然后套在需連接的管子外面，升溫至室溫，由于其形狀記進(jìn)行擴(kuò)孔，然后套在需連接的管子外面，升溫至室溫，由于其形狀記憶效應(yīng)，孔徑收縮，形成緊密地壓合，從而實(shí)現(xiàn)緊固連接。憶效應(yīng)，孔徑收縮，形成緊密地壓合，從而實(shí)現(xiàn)緊固連接。 緊固圈。緊固圈。美國(guó)美國(guó)rachem公司研制生產(chǎn)的公司研制生產(chǎn)的nitinb寬滯后記憶合金同

21、寬滯后記憶合金同軸電纜屏蔽網(wǎng)和接頭的緊固圈，在美國(guó)通信工程和信號(hào)裝置中已廣泛軸電纜屏蔽網(wǎng)和接頭的緊固圈，在美國(guó)通信工程和信號(hào)裝置中已廣泛應(yīng)用。應(yīng)用。 套管連接。套管連接。用銅套導(dǎo)記憶合金的套管進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)安裝連用銅套導(dǎo)記憶合金的套管進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)安裝連接，其原理圖如圖接，其原理圖如圖9所示。俄羅斯曾在所示。俄羅斯曾在mir空間站上使用這種方空間站上使用這種方法，成功地連接了長(zhǎng)法，成功地連接了長(zhǎng)15m空間桁架?？臻g桁架。圖圖9 套管連接：套管連接：1-插桿；插桿；2-插孔；插孔；3-記憶合金記憶合金記憶合金管接頭記憶合金管接頭 奧氏體相下的緊縮套管奧氏體相下的緊縮套管升溫升溫 馬氏體相下的膨脹

22、套管馬氏體相下的膨脹套管 緊固鉚釘。緊固鉚釘。把鉚釘在干冰中冷卻后把尾部拉直，插入被緊固件把鉚釘在干冰中冷卻后把尾部拉直，插入被緊固件的孔中，溫度上升產(chǎn)生形狀恢復(fù)，鉚釘尾部叉開(kāi)實(shí)現(xiàn)緊固。可用于的孔中，溫度上升產(chǎn)生形狀恢復(fù)，鉚釘尾部叉開(kāi)實(shí)現(xiàn)緊固?？捎糜诓灰子猛ǔ７椒▽?shí)現(xiàn)鉚接的地方。見(jiàn)圖不易用通常方法實(shí)現(xiàn)鉚接的地方。見(jiàn)圖10。圖圖10 形狀記憶合金鉚釘連接形狀記憶合金鉚釘連接（2）驅(qū)動(dòng)元件）驅(qū)動(dòng)元件 利用記憶合金在加熱時(shí)形狀恢復(fù)的同時(shí)其恢復(fù)力可對(duì)外作功的利用記憶合金在加熱時(shí)形狀恢復(fù)的同時(shí)其恢復(fù)力可對(duì)外作功的特點(diǎn)，能夠制成各種驅(qū)動(dòng)元件。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，特點(diǎn)，能夠制成各種驅(qū)動(dòng)元件。這種

23、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，可靠性好。對(duì)只需一次性動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)元件，要求記憶合金具有較大可靠性好。對(duì)只需一次性動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)元件，要求記憶合金具有較大的恢復(fù)力和良好的記憶效應(yīng)；對(duì)于需多次使用的溫控元件，則要求的恢復(fù)力和良好的記憶效應(yīng)；對(duì)于需多次使用的溫控元件，則要求記憶合金具有優(yōu)良穩(wěn)定的記憶性能、疲勞性能和較窄的相變滯后，記憶合金具有優(yōu)良穩(wěn)定的記憶性能、疲勞性能和較窄的相變滯后，以保證動(dòng)作安全可靠，響應(yīng)迅速。以保證動(dòng)作安全可靠，響應(yīng)迅速。左圖是一個(gè)雙程左圖是一個(gè)雙程cuznal記憶記憶合金彈簧。該彈簧是隨溫度變合金彈簧。該彈簧是隨溫度變化自行伸縮的感溫驅(qū)動(dòng)元件?；孕猩炜s的感溫驅(qū)動(dòng)元件。采用采用cu

24、znal記憶合金絲，表記憶合金絲，表面鍍錫，以熱水或熱風(fēng)為熱源，面鍍錫，以熱水或熱風(fēng)為熱源，典型伸縮溫度為典型伸縮溫度為6585，自由狀態(tài)為自由狀態(tài)為45mm，伸長(zhǎng)狀態(tài)，伸長(zhǎng)狀態(tài)為為200mm。 可見(jiàn)其形變量較可見(jiàn)其形變量較大，可以產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力。大，可以產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力。 溫室窗控制。溫室窗控制。圖圖11是用于是用于溫室恒溫控制的動(dòng)作元件，利用溫室恒溫控制的動(dòng)作元件，利用銅基形狀記憶合金的彈簧的雙程銅基形狀記憶合金的彈簧的雙程記憶效應(yīng)，隨溫度變化的伸長(zhǎng)和記憶效應(yīng)，隨溫度變化的伸長(zhǎng)和縮短，可控制溫室窗的開(kāi)閉大小，縮短，可控制溫室窗的開(kāi)閉大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室的溫度，熱滯后可自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室的溫度，熱

25、滯后可保持在保持在12。圖圖11 溫室溫度控制元件溫室溫度控制元件 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇。在汽車?yán)鋮s風(fēng)扇上安裝銅基形狀記憶合金在汽車?yán)鋮s風(fēng)扇上安裝銅基形狀記憶合金的螺旋彈簧，隨發(fā)動(dòng)室的溫度變化發(fā)生形狀記憶，使在溫度高到一個(gè)的螺旋彈簧，隨發(fā)動(dòng)室的溫度變化發(fā)生形狀記憶，使在溫度高到一個(gè)規(guī)定值時(shí)，離合器接觸，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，汽車噪聲和油耗。溫度降低時(shí)，規(guī)定值時(shí)，離合器接觸，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，汽車噪聲和油耗。溫度降低時(shí)，離合器分離，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，可降低汽車噪聲和油耗。離合器分離，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，可降低汽車噪聲和油耗。（3）宇宙飛船的通信天線）宇宙飛船的通信天線 1970年，美國(guó)將年，美國(guó)將niti形

26、狀記憶合形狀記憶合金形用于宇宙飛船天線。在宇宙飛船金形用于宇宙飛船天線。在宇宙飛船發(fā)射之前，室溫下將經(jīng)過(guò)形狀記憶處發(fā)射之前，室溫下將經(jīng)過(guò)形狀記憶處理的理的niti合金絲折成直徑在合金絲折成直徑在5cm以下以下的球狀放入飛船，飛船進(jìn)入太空軌道的球狀放入飛船，飛船進(jìn)入太空軌道后，通過(guò)加熱或者是利用太陽(yáng)熱能，后，通過(guò)加熱或者是利用太陽(yáng)熱能，升溫到升溫到77，被折成球狀的合金絲就，被折成球狀的合金絲就完全打開(kāi)，成為原先設(shè)定的拋物面形完全打開(kāi)，成為原先設(shè)定的拋物面形狀天線，解決大型天線的攜帶問(wèn)題。狀天線，解決大型天線的攜帶問(wèn)題。 形狀控制被認(rèn)為是航空工業(yè)中的智能結(jié)構(gòu)中非常有前景的一項(xiàng)應(yīng)形狀控制被認(rèn)為是航

27、空工業(yè)中的智能結(jié)構(gòu)中非常有前景的一項(xiàng)應(yīng)用。圖為用。圖為nasa中心制作完成了中心制作完成了30%比例的智能機(jī)翼模型。在高速度、比例的智能機(jī)翼模型。在高速度、等角機(jī)翼后緣控制等實(shí)飛條件下取得到了成功。等角機(jī)翼后緣控制等實(shí)飛條件下取得到了成功。（4）自適應(yīng)智能機(jī)翼）自適應(yīng)智能機(jī)翼 形狀記憶元件具有感形狀記憶元件具有感溫和驅(qū)動(dòng)雙重功能，因此溫和驅(qū)動(dòng)雙重功能，因此可制作用于航天空間探索可制作用于航天空間探索的智能機(jī)械手。手指和手的智能機(jī)械手。手指和手腕靠腕靠ti-ni合金螺旋彈簧的合金螺旋彈簧的伸縮實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉和彎曲動(dòng)作，伸縮實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉和彎曲動(dòng)作，肘和肩是靠直線狀肘和肩是靠直線狀ti-ni合合金絲的伸縮實(shí)現(xiàn)

28、彎曲動(dòng)作。金絲的伸縮實(shí)現(xiàn)彎曲動(dòng)作。各個(gè)形狀記憶合金元件都各個(gè)形狀記憶合金元件都由直接通上的脈寬可調(diào)電由直接通上的脈寬可調(diào)電流加以控制。流加以控制。這種機(jī)械手的最大特點(diǎn)這種機(jī)械手的最大特點(diǎn)是小型化，非常適于航天是小型化，非常適于航天的無(wú)人操作活動(dòng)。其另一的無(wú)人操作活動(dòng)。其另一個(gè)重要特征是動(dòng)作柔軟，個(gè)重要特征是動(dòng)作柔軟，非常接近人手的動(dòng)作非常接近人手的動(dòng)作,可完可完成許多細(xì)膩的工作，如取成許多細(xì)膩的工作，如取出雞蛋等。出雞蛋等。（5）智能機(jī)械手）智能機(jī)械手2004年初登上火星的探測(cè)機(jī)器人年初登上火星的探測(cè)機(jī)器人“勇氣勇氣”號(hào)、號(hào)、“機(jī)遇機(jī)遇”號(hào)號(hào)2. 醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用記憶合金

29、的關(guān)鍵是合金與生物體的相容性，而在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用記憶合金的關(guān)鍵是合金與生物體的相容性，而ni-ti形狀記憶合金具有優(yōu)良的生物相容性、耐蝕耐磨性、高抗疲勞性，且形狀記憶合金具有優(yōu)良的生物相容性、耐蝕耐磨性、高抗疲勞性，且彈性模量與人體骨頭相近，因此，廣泛應(yīng)用于口腔、督科、神經(jīng)外科、彈性模量與人體骨頭相近，因此，廣泛應(yīng)用于口腔、督科、神經(jīng)外科、心血管科、胸外科、肝膽科、泌尿外科及婦科等。心血管科、胸外科、肝膽科、泌尿外科及婦科等。 形狀記憶合金還可制成各類心臟修補(bǔ)器、血栓過(guò)濾器、傷骨固形狀記憶合金還可制成各類心臟修補(bǔ)器、血栓過(guò)濾器、傷骨固定器、脊柱矯正器、手術(shù)縫合線、人造骨骼等等。定器、脊柱矯正器、手術(shù)縫合線、人造骨骼等等。 記憶食道架能在喉部膨脹成新的食道。必要時(shí)只要向食道里加上記憶食道架能在喉部膨脹成新的食道。必要時(shí)只要向食道里加上冰塊，冰塊，“食道食道”又會(huì)遇冷收縮，從而可輕易取出，使失去進(jìn)食功能的又會(huì)遇冷收縮，從而可輕易取出，使失去進(jìn)食功能的食道癌患者提高了生活質(zhì)量。食道癌患者提高了生活質(zhì)量。 （a）預(yù)壓縮）預(yù)壓縮 （b）受熱擴(kuò)張后）受熱擴(kuò)張后 （c）植入腔道內(nèi)效果）植入腔道內(nèi)效果（1）記憶食道支架）記憶食道支架（2）固定斷骨的銷和接骨板