形狀記憶合金材料的應(yīng)用.doc

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1、形狀記憶合金材料的性質(zhì)與應(yīng)用綜述【摘要】形狀記憶合金是一種新型功能材料，在各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文簡要介紹了形狀記憶合金的特性、應(yīng)用以及發(fā)展前景?！娟P(guān)鍵詞】形狀記憶合金應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀【引言】形狀記憶合金（ShapeMemoryAlloys,SMA），是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發(fā)生的變形，恢復(fù)其變形前原始形狀的合金材料。最早關(guān)于形狀記憶效應(yīng)的報道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他們觀察到Au-Cd合金中相變的可逆性。[3]后來在Cu-Zn合金中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，但當(dāng)時并未引起人們的廣泛注意。直到1962年，Buehler及其

2、合作者在等原子比的Ti-Ni合金中觀察到具有宏觀形狀變化的記憶效應(yīng)，才引起了科學(xué)界與工業(yè)界的重視。這種新型功能材料目前已廣泛用于電子儀器、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械、空間技術(shù)和能源開發(fā)等領(lǐng)域。一、形狀記憶合金的分類1、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，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。2、雙程記憶效應(yīng)：某些合金加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。3、全程記憶效應(yīng)：加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤睿Q為全程記憶效應(yīng)。二、形狀記憶合金的特性1、形狀記憶效應(yīng)

3、：合金在某一溫度下受外力而變形，當(dāng)外力去除后，仍保持其變形后的形狀，但當(dāng)溫度上升到某一溫度，材料會自動回復(fù)到變形前原有的形狀，似乎對以前的形狀保持記憶，這種效應(yīng)稱為形狀記憶效應(yīng)。2、超彈性：在高于Af點、低于Md點的溫度下施加外應(yīng)力時產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變,卸載就產(chǎn)生逆相變,應(yīng)變完全消失,回到母相狀態(tài),表觀上呈現(xiàn)非線性擬彈性應(yīng)變,這種現(xiàn)象稱為超彈性。3、高阻尼特性：形狀記憶合金在低于Ms點的溫度下進(jìn)行熱彈性馬氏體相變，生成大量馬氏體變體(結(jié)構(gòu)相同、取向不同)，變體間界面能和馬氏體內(nèi)部孿晶界面能都很低，易于遷移，能有效地衰減振動、沖擊等外來的機(jī)械能，因此阻尼特性

4、特別好。4、耐磨性：在形狀記憶合金中，Ti-Ni合金在高溫(CsCl型體心立方結(jié)構(gòu))狀態(tài)下同時具有很好的耐腐蝕性和耐磨性?？捎米髟诨そ橘|(zhì)中接觸滑動部位的機(jī)械密封材料，原子能反應(yīng)堆中用做冷卻水泵機(jī)械密封件。5、逆形狀記憶特性：將Cu-Zn-Al記憶合金在Ms點上下的很小溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大應(yīng)變量變形,然后加熱到高于Af點的溫度時形狀不完全恢復(fù)，但再加熱到高于200oC時卻逆向地恢復(fù)到變形后的形狀，稱為逆形狀記憶特性。三、形狀記憶合金在各領(lǐng)域的應(yīng)用1、醫(yī)療方面：Ni-Ti合金是醫(yī)用生物材料的佼佼者，在臨床醫(yī)學(xué)和醫(yī)療器械等方面廣泛應(yīng)用。[1]如介入療法，將各類人體腔內(nèi)

5、支架、經(jīng)過預(yù)壓縮變形后,能夠經(jīng)過很小的腔隙安放到人體血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各種狹窄部位，支架擴(kuò)展后，在人體腔內(nèi)支撐起狹小的腔道。具有療效可靠、使用方便、可大大縮短治療時間和減少費用等優(yōu)點。傳統(tǒng)的骨傷手術(shù)器械包括接骨鋼板、螺釘、鋼絲等，手術(shù)時醫(yī)生要進(jìn)行鉆孔、楔入、捆扎等復(fù)雜操作，對患者的機(jī)體不可避免要造成人為損傷。用形狀記憶合金骨科器械手術(shù)時，醫(yī)生先用低溫(0~5攝氏度)消毒鹽水冷卻記憶合金器械，然后根據(jù)需要改變其抱合部位的形狀，安裝于患者骨傷部位。待患者體溫將其加熱到設(shè)定的溫度時，器械的變形部分便恢復(fù)到原來設(shè)計的形狀，從而將傷骨緊緊抱合，起到固定與支

6、撐的作用。不僅具有手術(shù)操作簡便、縮短時間和愈合周期、生物相容性優(yōu)良、降低人為性損傷等優(yōu)點，而且其強(qiáng)度是不銹鋼的4倍，不會發(fā)生彎曲與斷裂。血栓濾器也是一種記憶合金新產(chǎn)品。被拉直的濾器植入靜脈后，會逐漸恢復(fù)成網(wǎng)狀，從而阻止95%的凝血塊流向心臟和肺部。2、工業(yè)方面在機(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，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，遠(yuǎn)勝于焊接，特別適合用于航

7、空、航天、核工業(yè)及船艦和海底輸油管道等。[1]利用記憶合金的感溫驅(qū)動雙重功能，制作機(jī)器人、機(jī)械手，體型微小，結(jié)構(gòu)緊湊。在建筑領(lǐng)域，利用形狀記憶合金制成阻尼耗能裝置、隔震裝置、結(jié)構(gòu)加固元件。3、日常生活利用形狀記憶合金控制浴室水管的水溫，在熱水溫度過高時通過記憶功能，調(diào)節(jié)或關(guān)閉供水管道。還可以放在暖氣的閥門內(nèi)，用以保持室內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度過低或過高時，自動開啟或關(guān)閉暖氣的閥門。還可以制成超彈性眼鏡架，如果不小心眼鏡架被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱就可以恢復(fù)原狀。4、航天領(lǐng)域的應(yīng)用形狀記憶合金已應(yīng)用到航空和太空裝置。如用在軍用飛機(jī)的液壓系統(tǒng)中的低溫配合連接件，歐

8、洲和美國正在研制用于直升飛機(jī)的智能水平