形狀記憶合金功能材料學(xué)

形狀記憶合金功能材料學(xué)第一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日第二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日將材料在一定條件下進(jìn)行一定限度以內(nèi)的變形后，再對(duì)材料施加適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件，材料的變形隨之消失而回復(fù)到變形前的形狀。這種現(xiàn)象稱為“形狀記憶效應(yīng)”(SME)。具有形狀記憶效應(yīng)的合金稱為形狀記憶合金（SMA）第三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日彈性馬氏體熱彈性馬氏體：一些能夠發(fā)生馬氏體逆轉(zhuǎn)變的合金，當(dāng)其母相快冷至Ms點(diǎn)以下時(shí)，所形成的馬氏體隨溫度下降而逐漸長(zhǎng)大，加熱時(shí)馬氏體又隨溫度回升而逐漸減小，以致消失。再次冷卻和加熱又重現(xiàn)相同的情況。這種隨溫度的降低或升高可以彈性似地長(zhǎng)大或縮?。ㄖ敝料В┑鸟R氏體，稱為熱彈性馬氏體。第四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)力彈性馬氏體：在外加應(yīng)力作用下形成的馬氏體稱為應(yīng)力誘發(fā)馬氏體，有的應(yīng)力誘發(fā)馬氏體也屬于彈性馬氏體。第五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日形狀記憶效應(yīng)的分類(lèi)單程記憶效應(yīng)形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀，這種只在加熱過(guò)程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。

雙程記憶效應(yīng)某些合金加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(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∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤?，稱為全程記憶效應(yīng)。第六頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日形狀記憶效應(yīng)的分類(lèi)第七頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日形狀記憶合金的發(fā)展歷程1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應(yīng)。1938年，美國(guó)的Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中發(fā)現(xiàn)了形狀記憶效應(yīng)，但是這些都沒(méi)有引起人們的重視。1951年美國(guó)的Lead在Au-Cd、In-Ti合金中發(fā)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)，他利用Au-47.5%Cd合金的記憶效應(yīng)制作升降機(jī)模型，但由于合金元素價(jià)格高、有毒，沒(méi)有進(jìn)行實(shí)用化嘗試而銷(xiāo)聲匿跡。1963年美國(guó)海軍研究所的W.Bueher等人發(fā)現(xiàn)Ni-Ti合金也有形狀記憶效應(yīng)，并設(shè)計(jì)了新的機(jī)械實(shí)驗(yàn)裝置，受到許多研究者的關(guān)注。1969年美國(guó)Raychem公司生產(chǎn)Ti-Ni-Fe記憶合金管接頭用于F14戰(zhàn)斗機(jī)上的液壓管路系統(tǒng)連接，這是SMA第一次成功應(yīng)用。70年代以后SMA真正進(jìn)入實(shí)用化階段。至80年代末SMA的研究才遍及世界。90年代初，該合金得到進(jìn)一步的發(fā)展，現(xiàn)已出現(xiàn)第三代形狀記憶合金，且進(jìn)入商品化階段。第八頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日形狀記憶合金的研究TiNi基合金

記憶效應(yīng)優(yōu)良、性能穩(wěn)定、生物相容性好。銅基合金：Cu-Zn、Cu-Al

形狀記憶效應(yīng)好、價(jià)格便宜、易于加工制造。與TiNi記憶合金相比，它的強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性及耐疲勞性能差，不具有生物相容性。鐵基合金：Fe-Ni-Co-Ti(熱彈性）、Fe-Mn-Si（非熱彈性）

強(qiáng)度高，易于加工成型，價(jià)格低廉。第九頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日形狀記憶合金的應(yīng)用醫(yī)療應(yīng)用工程應(yīng)用日常生活應(yīng)用第十頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日醫(yī)療應(yīng)用形狀記憶合金作為一種新型智能材料，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也十分活躍。至今在醫(yī)學(xué)上得到應(yīng)用的領(lǐng)域主要有:(1)牙科，只和生物體表面接觸,如牙齒矯形正畸絲等(2)整形外科，如用以矯正變形骨骼用的矯正棒、人造關(guān)節(jié)、骨髓針等移植到生物體內(nèi)部，長(zhǎng)時(shí)間與生物體組織接觸的部件(3)醫(yī)療器具的零部件，和生物體組織不直接接觸第十一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日工程應(yīng)用現(xiàn)在形狀記憶合金在工程領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用范圍從精密復(fù)雜的機(jī)器到簡(jiǎn)單的連接件、緊固件，從節(jié)約能源的形狀記憶合金發(fā)動(dòng)機(jī)到電流保護(hù)器管，反映了形狀記憶合金的奇異性能及小巧、靈活的特點(diǎn)。目前，我國(guó)形狀記憶合金在工程上的應(yīng)用主要集中在電器、機(jī)械、汽車(chē)、建筑、能源、航空航天等領(lǐng)域。Ni-Ti合金絲目相很硬，在其母相狀態(tài)下將其制成天線，然后冷卻至室溫，使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。Ni-Ti馬氏體很軟，極易折疊成團(tuán)狀，放入衛(wèi)星中便于發(fā)射。衛(wèi)星進(jìn)入軌道后，團(tuán)狀天線被彈出，在太陽(yáng)光照射下，使其溫度升到As以上，團(tuán)狀天線自動(dòng)張開(kāi)回復(fù)原始形狀。第十二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日利用形狀記憶合金雙程記憶效應(yīng)制成的，隨溫度變化可自行伸縮的感溫驅(qū)動(dòng)元件。充分展示了工業(yè)用形狀記憶合金元件典型結(jié)構(gòu)形式。采用CuZnAl記憶合金絲，表面鍍錫，以熱水或熱風(fēng)為熱源，伸縮溫度為65℃~85℃，自由狀態(tài)為45mm，伸長(zhǎng)狀態(tài)為200mm。形狀記憶合金應(yīng)用在管接頭和緊固件上，在機(jī)械零件的連接、管道的連接，飛機(jī)的空中加油的接口處，用形狀記憶合金加工成內(nèi)徑比欲連接管的外徑小4％的套管，然后在液氮溫度下將套管擴(kuò)徑約8％，裝配時(shí)將這種套管從液氮取出，把欲連接的管子從兩端插入。當(dāng)溫度升高至常溫時(shí)，利用電加熱改變溫度，接口處記憶合金變形，套管收縮即形成緊固密封，使接口緊密滴水(油)不漏，遠(yuǎn)勝于焊接，特別適合用于航空、航天、核工業(yè)及船艦和海底輸油管道等。第十三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日日常生活應(yīng)用第十四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日總結(jié)基于熱彈性馬氏體相變，人們開(kāi)發(fā)了形狀記憶合金，形狀記憶效應(yīng)可分為單程形狀記憶效應(yīng)、雙程形狀記憶效應(yīng)和全程形狀記憶效應(yīng)。自從形狀記憶合金這一功能材料發(fā)現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域除涵蓋了醫(yī)學(xué)、航空航天、運(yùn)輸、建筑、化學(xué)、家電以及日常生活用品等幾乎產(chǎn)業(yè)界的所有領(lǐng)域。隨著記憶合金工程應(yīng)用的不斷發(fā)展，不但促進(jìn)了新型記憶合金的開(kāi)發(fā)研究，而且使記憶合金逐漸向多品種、專(zhuān)業(yè)化方向的發(fā)展?？梢灶A(yù)料，