功能材料論文形狀記憶合金

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1、Ti-Ni形狀記憶合金的制備、性能及應(yīng)用摘要：Ti-Ni形狀記憶合金是現(xiàn)代一種性能優(yōu)良的新型功能材料，本文主要介紹了其簡介、制備方法、主要性能和主要的應(yīng)用及發(fā)展前景。形狀記憶合金的發(fā)展背景：在研究Ti-Ni合金時發(fā)現(xiàn)：原來彎曲的合金絲被拉直后，當(dāng)溫度升高到一定值時，它有恢復(fù)到原來彎曲的形狀。人們把這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)（ShapeMemoryEffect）簡稱SME,具有形狀記憶效應(yīng)的金屬稱為形狀記憶合金（SMA）。形狀記憶現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1932年，美國在研究Al-Cd合金時觀察到馬氏體

2、隨溫度變化而消長；1938年美國哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院發(fā)現(xiàn)Cu-Sn，Cu-Zn，合金在馬氏體相變中的形狀記憶效應(yīng)；同年前蘇聯(lián)對Cu-Al-Ni，Cu-Sn合金的形狀記憶機理進行了研究；1951-1953年，美國分別在Au-Cd，In-Ti，合金中觀察到形狀記憶效應(yīng)。知道60年代初，形狀記憶效應(yīng)制備看作是一種現(xiàn)象，Ti-Ni合金形狀記憶效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后，美國研制了最初實用的形狀記憶合金“Nitinol”。形狀記憶合金SMA(ShapeMemoryAlloy)是指具有一定的初始形狀，經(jīng)形變并固定成另一種

3、形狀后，通過熱、光、電等物理刺激或者化學(xué)刺激處理又可以恢復(fù)其初始形狀的一種新型金屬功能材料。由于這種合金具有獨特的形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)，可以制作小巧玲瓏、高自動化、性能可靠的元器件，目前已被廣泛應(yīng)用于電子儀器、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械空間技術(shù)、能源開發(fā)等領(lǐng)域。形狀記憶效應(yīng)：形狀記憶效應(yīng)有三種形式。第一種稱為單向狀，再重新加熱到As以上，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，溫度升高至Af點，馬氏體完全消失，材料完全恢復(fù)母相形狀。一般形狀記憶效應(yīng)，即將母相冷卻或加應(yīng)力，使之發(fā)生馬氏體相變，然后是馬氏體發(fā)生塑性變形，改變

4、其形沒有特殊說明，形狀記憶效應(yīng)都是指這種單向形狀記憶效應(yīng)。有些形狀記憶合金在加熱發(fā)生馬氏體逆轉(zhuǎn)變時，對母相有記憶效應(yīng)；當(dāng)從母相再次冷卻為馬氏體時，還回復(fù)馬氏體形狀，這種現(xiàn)象稱為雙向形狀記憶效應(yīng)。第三種情況是在Ti-Ni合金系發(fā)現(xiàn)的，在冷熱循環(huán)過程中，形狀回復(fù)到與母相完全相反的形狀，稱為全方位形狀記憶效應(yīng)。目前已發(fā)現(xiàn)的形狀記憶合金種類很多，可分為鎳鈦系、銅系、鐵系合金三大類。另外，近年發(fā)現(xiàn)一些聚合物和陶瓷材料也具有形狀記憶功能，其形狀記憶原理與合金不同，還有待于進一步研究。目前已實用的形狀記憶材料

5、只有Ti—Ni合金和銅系形狀記憶合金。Ti-Ni合金的制備1鑄造Ti-Ni合金是高溫延展性良好的材料。當(dāng)溫度超過400℃后．拉伸強度下降，與此相反，延伸率迅速增加?？梢姡绻麥囟确秶ǖ煤侠恚甌i-Ni合金無論錘鍛、壓力機上鍛造或徑向鍛造都是比較容易進行的。實踐表明鍛造溫度不宜高于900℃．否則合金表面將劇烈氧化而產(chǎn)生Ti-Ni—Ti4Nb2低熔點混合物相。過是間隙氧污染物質(zhì)，具有脆化合金的作用。另一方面溫度分布不宜低于750℃，否則材料的變形抗力增大．缺口敏感性突出，常易造成撕裂性質(zhì)的破壞．使

6、廢品率增加。因此，鍛造溫度范圍為750～900℃。鑄錠鍛造前需經(jīng)850℃、l2h均勻退火．然后．機加工去表面氧化皮和冒口，再鍛成棒料。2熱擠壓從Ti-Ni的高溫拉伸性能來看．Ti-Ni合金適宜擠壓。但不能進行冷擠壓。Rozner在0.7Tm(Tm為金屬的熔點)溫度成功的進行了Ti-Ni的熱擠壓。鑄錠經(jīng)機加工后用碳鋼包套．然后在900℃擠壓．?dāng)D壓比為4：1～16：1．?dāng)D壓后坯料在600℃退火1h．然后爐冷．3軋制和拉拔棒料軋制一般可在普通多機座連續(xù)軋機上進行一孔型設(shè)計按常規(guī)由平橢圓、橢圓和圓組成。

7、起軋溫度820士20℃。根據(jù)成品的尺寸要求．應(yīng)旨理地將整個軋制過程分解為一定數(shù)量的道次。軋制道次如下：Φ43mm一Φ25ram7道次．Φ25mm一Φ15ram5道次．Φ25mm一Φ8．5ram9道次。軋制板材的設(shè)備最好帶有預(yù)應(yīng)力裝置。板材軋制溫度應(yīng)略高于棒材，但不高于900℃，否則氧化皮增加影響材質(zhì)。坯料厚度從30mm軋至2．8～3．2mm采用9道次。軋制帶材的方法不同于棒材和板材．最好溫軋。軋制時前后應(yīng)有一定的張力。用通電的方法使材料保持溫度(500～600℃)．以免出現(xiàn)加工硬化．每一遭次壓下

8、量應(yīng)控制在0.2～0．3mm左右。Ti-Ni合金在70℃以上存在異常大的速度加工硬化。冷加工必須正確掌握變形率和中間退火。冷軋的道次變形率應(yīng)小于2％，冷拔為10%，每道的中間退火溫度宜采用650～700℃。經(jīng)研究表明：清除Ti-Ni合金加工硬化以650士20℃為佳。Ti-Ni合金絲的冷拔工藝為：中間退火溫度為750℃，退火時間15min，潤滑劑用肥皂．拔絲速度小于6m/min．第一道次冷拔量15％～20%．其后的道次冷拔量為10%左右。2次退火間總冷拔量為40％～45％。4冷加工Ti-Ni合金的