关于形状记忆合金在变体机翼方面的应用综述

发表时间：2019-05-13T15:59:02.707Z 来源：《知识-力量》2019年8月26期作者：纪宇帆[导读] 形状记忆合金是目前很常用的一种智能材料，能够代替传统材料应用在广泛的工业领域。本文将通过综合比较分析不同文献及其理论依据，阐述形状记忆合金在航空航天领域的应用情况

（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100191）

摘要：形状记忆合金是目前很常用的一种智能材料，能够代替传统材料应用在广泛的工业领域。本文将通过综合比较分析不同文献及其理论依据，阐述形状记忆合金在航空航天领域的应用情况，并对目前存在的问题和未来发展的方向一一论述。在变体机翼方面，文章从中文文献和外文文献中分别选取了几篇有代表性的进行阐述，分析得到了国内外不同研究方向的侧重点以及未来的发展趋势。同时文章对形状记忆合金在航空航天领域的应用情况做了小结，提出了一些个人观点与评价，也指出了目前存在的问题与未来发展的方向。关键词：形状记忆合金；航空航天；国内外对比

引言

传统材料通常不能实时感知环境以及自身状态的变化，更不能做到自适应和自修复[1]。因此，在诸多工业领域，尤其是航空航天这样复杂多变的领域，需要越来越多智能材料才可以实现高精度控制。形状记忆合金就是其中一种常见的智能材料。它利用形状记忆效应可以实现不同于普通合金的优异性能，尤其是在高温环境下，抗疲劳性能和延展性能更加凸显。

1 问题提出

早在20世纪50-70年代，就有了变后掠翼技术。这使得飞机兼具低速、跨声速、超声速飞行性能，但也存在结构复杂、操纵困难等问题,变形形式也很单一[2]。随着科学技术的进步，智能变体机翼技术逐渐兴起。在美国的主导下，一系列智能变形技术验证试验得以展开：1979年，NASA与波音公司签订了任务自适应机翼技术合同；1985年，NASA与罗克韦尔公司合作开展主动柔性机翼计划；1996年，上述计划又扩展为主动气动弹性机翼计划。U.Icardi等人也提出了一种基于SMA的变弯度机翼方案[3]：依靠两个同轴的SMA驱动管,通过离合器与定位压电电机连接到翼肋的桁架上，内外管分别控制向上与向下的运动；工作时可以给其中一个加热，另一个隔离使其不参与工作，从而实现特定方向的变形[4]。总之，SMA在变体机翼上的应用很广泛，是值得深入研究的问题之一。

2 中文文献综述

就近几年的中文文献来说，有关SMA在变体机翼上的应用的文章有53篇，其中期刊论文16篇，博士论文5篇，其余为硕士论文。下面将选择一些进行深入分析。刘逸峰、徐志伟两人利用驱动器的两个驱动杆上下位移实现蒙皮的变形，通过控制流经SMA的电流大小和通电时间对驱动器进行测控，还进行了驱动器加载控制实验和机翼风洞吹风测试实验[5]；雷鹏轩等人提出一种悬臂梁式柔性偏转结构，选择超临界翼型进行实验，并通过数学计算和折线图比较的办法给出了来流条件对SMA结构变形的影响[6]；周本昊通过差动驱动方式设计驱动机构，对机翼的各个部位进行了应力分析，又设计了测控系统，利用离散化PID控制算法对被控量进行控制[7]；刘俊兵等人根据实验分析出SMA卷簧的变形角与扭矩的关系，并对该驱动器承载能力进行了计算[8]；董二宝将智能变形机翼结构按动力学特性分为非主动变形过程和主动变形过程，并据此求出了各参数的最优解，最后利用SMA的热-力耦合特性给出了仿真结果[9]；聂瑞等人为了减小自适应机翼的波阻，对激波控制鼓包的特性进行了优化研究，在温度改变时，SMA能自动改变自身构型[10]。

3 外文文献综述

就近几年的外文文献来说，有关SMA在变体机翼上的应用的文章有81篇。不同作者对SMA的研究有不同的侧重点。Cees Bil等人主要研究的是三种不同的控制方法对机翼变形的影响，还在其中考虑了气动载荷下驱动器所需的功率与环境温度的影响[11]；S.Barbarino等人将民用运输机机翼后缘处的翼型弯度通过无铰链的光滑变形襟翼控制，利用数值方法和实验研究对驱动性能进行了估计[12]；J Colorado等人从仿生学的角度分析SMA在变体机翼中的驱动作用，并且利用SMA的传感功能实现了令人满意的跟踪误差，但在疲劳问题上还存在一定局限，SMA承受较大应力时寿命较短[13]；Thomas Georges等人以设计具有柔性外拱的变形机翼为重点，通过应力应变关系计算SMA元件的横截面和长度，进而确定其他部件的尺寸，完成设计[14]；Woo-Ram Kang等人为防止气动损失，利用SMA控制机翼形状，并用多种数值模拟软件将其与未变形机翼作比较，对尾翼偏转角与电流、压差之间的关系作了进一步分析[15]；Salvatore Ameduri等人基于SMA技术对变形结构进行优化，由四个弹性元件构成可变形肋系统，利用有限元模型呈现其主要特征[16]。

结论

综合上述文献，可以看出SMA在变体机翼中应用广泛。不同学者从不同侧面研究SMA可以得到不同结果。国内研究更多是通过解析的办法分析驱动结构的可行性，计算和优化更准确，但有时会受到其他无法量化的因素影响，导致其结果偏离实际；国外研究则更加侧重数值模拟软件的应用，对驱动性能的分析综合考虑多种环境因素，在实验过程中也更加注重比较，并且对SMA的疲劳寿命有所估计。后续的SMA应用技术应该朝向更高的疲劳强度、更先进的数值模拟技术发展。与此同时，机翼的形状变化也应趋于平稳，以减少气流分离，使飞机拥有更好的气动性能。

未来形状记忆合金在航空航天领域将朝着更规范化、成熟化的方向前进：变体机翼的重量将进一步减轻，连接过渡将更加平缓，气流分离损失将进一步减少，机翼的颤振情况也将进一步改善；航空发动机中的结构将充分考虑其材料特性，不仅仅用于调节尾喷口、进气口，还可用于涡轮叶片，机匣等关键部件；卫星的发射也将更加可靠，连接分离装置运行也会更加平稳。参考文献

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形状记忆合金在医学领域的应用

形状记忆合金在医学领域的应用 1.形状记忆合金的特性 1.1形状记忆合金的结构特性形状记忆效应(Shape memory effec,t SME)是由于马氏体相变而产生的。具有热弹性(半热弹性)或应力诱发马氏体相变(Stress inducedMartensitic trans-formation, SIM)的形状记忆合金(Shape memory al-loys, SMAs),在马氏体状态下进行一定限度的塑性变形,则在随后的加热过程中,当温度超过马氏体逆相变温度时,材料就能恢复到变形前的体积和形状。 1.2形状记忆合金的分类形状记忆合金主要分为Ti-Ni基、Cu基及Fe基形状记忆合金。前两种合金主要为热弹性形状记忆合金,Fe基形状记忆合金为半热弹性形状记忆合金,其中用于医学领域的 TiNi 形状记忆合金，除了利用其形状记忆效应或超弹性外，还应满足化学和生物学等方面的要求，即良好的生物相容性。TiNi 可与生物体形成稳定的钝化膜。形状记忆效应主要分为：单程记忆效应，双程记忆效应和全程记忆效应。形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。 2.形状记忆合金的发展首次被发现并公开报道某些合金中具有形状记忆效应这一现象的发现，可以追溯至1938年，美国哈佛大学的A.B.Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变,即在加热与冷却过程中，马氏体会随之收缩与长大。1918年前苏联学者Kerdjumov曾预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变。1951年张禄经和T．A．Read报道了原子比为1∶1的CsCl 型AuCd合金在热循环中会反复出现可逆相变。数年后．T．A．Read又和M．W．Burkard在InTi合金中发现了同样纳可逆相变。一直到20世纪60年代初，这种观察到的形状记忆效应只看作是个别材料的特殊现象。甚至在1958年布鲁塞尔国际博览会上展出过用AuCd合金制作的重物升降机，都未引起足够的注意。 1963年，美国海军武器实验室W.J.Buchler等人在等原子比NiTi合金中发现了形状记忆效应后，才引起人们的重视，从此形状记忆合金进入了研究和应用的新阶段。到1975年左右，全世界相继开发出具有形状记忆效应的合金达20

形状记忆合金的应用现状与发展趋势

形状记忆合金的应用现状与发展趋势摘要：综述了形状记忆合金的发展概况，简要介绍了形状记忆合金在不同领域的应用现状，分析了当前形状记忆合金研究中存在的问题，指出了今后的发展前景与研究方向。关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用一、引言形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。二、形状记忆合金的发展史与现状在金属中发现现状记忆效应最早追溯到20世纪30年代。1938年。当时美国的 Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联的Kurdiumov对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read 在Au47·5Cd(％原子)合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化发生迁动。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1963年，美国海军武器实验室的Buehler等人发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断[1]。

形状记忆合金论文

形状记忆合金摘要：扼要地叙述了形状记忆合金及其机理, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用引言：有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ,简称为SMA) ,这种能力亦称为形状记忆效应(Shape Memory Effect , 简称为SME) 。通常,SMA 低温时因外加应力产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。除上述形状记忆效应外，这种合金的另一个独特性质是在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”（又称“超弹性”，英文 pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变。一、形状记忆合金的发展史最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，

形状记忆合金文献综述

形状记忆合金性能及其应用摘要：形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。关键字：形状记忆合金形状记忆合金效应分类应用 1形状记忆合金简介 1.1 形状记忆材料是指具有形状记忆效应(shape memory effect，简称SME)的材料。形状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。通常称有SME的金属材料为形状记忆合金(shape memory alloys，简称SMA)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 1.2 至今为止发现的记忆合金体系： Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。 1.3 形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"，其实用价值相当广泛，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。 2形状记忆合金效应分类 2.1 单程记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过

高分子形状记忆合金的发展及趋势

高分子形状记忆合金的发展及趋势摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 1.形状记忆分子材料的特性形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 1.1单程记忆效应：形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 1.2双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 1.3全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。 2.形状记忆效应的应用迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类: 2.1.自由回复 SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局(NASA) 将Ti2Ni

形状记忆合金材料的应用

形状记忆合金材料的性质与应用综述【摘要】形状记忆合金是一种新型功能材料，在各个领域有着广泛的应用。本文简要介绍了形状记忆合金的特性、应用以及发展前景。【关键词】形状记忆合金应用发展现状【引言】形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA），是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。[3]后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的 Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了科学界与工业界的重视。这种新型功能材料目前已广泛用于电子仪器、汽车工业、医疗器械、空间技术和能源开发等领域。一、形状记忆合金的分类 1、单程记忆效应：形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 2、双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 3、全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。二、形状记忆合金的特性 1、形状记忆效应：合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种效应称为形状记忆效应。 2、超弹性：在高于A f点、低于M d点的温度下施加外应力时产生应力诱发马氏体相变,卸载就产生逆相变,应变完全消失,回到母相状态,表观上呈现非线性拟弹性应变,这种现象称为超弹性。 3、高阻尼特性：形状记忆合金在低于Ms点的温度下进行热弹性马氏体相变，生成大量马氏体变体(结构相同、取向不同)，变体间界面能和马氏体内部孪晶界面能都很低，易于迁移，能有效地衰减振动、冲击等外来的机械能，因此阻尼特性特别好。 4、耐磨性：在形状记忆合金中，Ti-Ni合金在高温(CsCl型体心立方结构)状态下同时具有很好的耐腐蚀性和耐磨性。可用作在化工介质中接触滑动部位的机械密封材料，原子能反应堆中用做冷却水泵机械密封件。 5、逆形状记忆特性：将Cu-Zn-Al记忆合金在Ms点上下的很小温度范围内进行大应变量变形,然后加热到高于Af点的温度时形状不完全恢复，但再加热到高于200oC时却逆向地恢复到变形后的形状，称为逆形状记忆特性。三、形状记忆合金在各领域的应用 1、医疗方面： Ni-Ti合金是医用生物材料的佼佼者，在临床医学和医疗器械等方面广泛应用。 [1]如介入疗法，将各类人体腔内支架、经过预压缩变形后,能够经过很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各种狭窄部位，支架扩展后，在人体腔内支撑起狭小的腔道。具有疗效可靠、使用方便、可大大缩短治疗时间和减

形状记忆合金的应用现状与发展趋势

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形状记忆合金在医学上的应用

论文名：形状忆合金在医学上的应用学院：材料与化工学院专业：金属材料工程班级：学号：姓名：

内容摘要形状记忆合金的研究是近几年工程技术界颇为关注的一项高新尖技术，其在航空航天、机械电子、工程建筑、医学医疗等相关领域已取得了一些应用性研究成果.本文介绍了形状记忆合金特点、功能、以及在现代医学中的研究与应用的现状与发展趋势. 关键词形状记忆合金医学领域 1.前言在人类文明发展史上，材料是科学技术进步的重要支柱，也是社会进步的物质基础。在科技日新月异的今天，新材料更是高科技发展的先导。形状记忆合金正是新科技领域的一朵奇葩，正在灿烂的绽放。 1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。 1963年，美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室温较多的某温度范围内，把一种镍-钛合金丝烧成弹簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状，再放在40 ℃以上的热水中，该合金丝就恢复成原来的弹簧形状。后来陆续发现，某些其他合金也有类似的功能。这一类合金被称为形状记忆合金。每种以一定元素按一定重量比组成的形状记忆合金都有一个转变温度；在这一温度以上将该合金加工成一定的形状，然后将其冷却到转变温度以下，人为地改变其形状后再加热到转变温度以上，该合金便会自动地恢复到原先在转变温度以上加工成的形状。 1969年，镍--钛合金的“形状记忆效应”首次在工业上应用。人们采用了一种与众不同的管道接头装置。为了将两根需要对接的金属管连接，选用转变温度低于使用温度的某种形状记忆合金，在高于其转变温度的条件下，做成内径比待对接管子外径略微小一点的短管(作接头用)，然后在低于其转变温度下将其内径稍加扩到该接头的转变温度时，接头就自动收缩而扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。美国在某种喷气式战斗机的油压系统中便使用了一种镍-钦合金接头，从未发生过漏油、脱落或破损事故。 1969年7月20日，美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首次留下了人类的脚印，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。这个庞然大物般的天线是怎么被带到月球上的呢?就是用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放置于月球后，在阳光照射下，达到该合金的转变温度，天线“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球。科学家在镍-钛合金中添加其他元素，进一步研究开发了钦镍铜、钛镍铁、钛镍铬等新的镍钛系形状记忆合金；除此以外还有其他种类的形状记忆合金，如:铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。而今形状记忆合金以应用到我们生活的各个领域，正在改变着我们的生活。

形状记忆合金研究现状及应用

形状记忆合金发展及应用摘要：形状记忆效应自20世纪30年代报道以来逐步得到人们的重视并加以应用，被人们誉为“神奇的功能材料”，本文主要介绍了形状记忆合金合金的发展及其在许多领域的应用以及未来的一些发展趋势。关键字：形状记忆合金各领域应用发展趋势引言：形状记忆合金（shape memory alloy，缩写为SMA）作为一种新型功能性材料，其最显著的特性是形状记忆效应，1932年由Olander在研究AuCd合金时首次发现，随后引起了人们的广泛重视，并由此开始了广泛研究和应用。随着人们逐渐发现形状记忆合金的一些重要特性，如超弹性效应、弹性模量温度变化特性和良好的阻尼性能等。正是这些显著的性能使得形状记忆合金被广泛地应用和研究，应用领域涉及电子、机械、运输、化学、医辽、能源、航天与土木工程等领域。一、形状记忆效应的发现 1932年瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了形状记忆效应。最早关于形状记忆合金效应的报道是有Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd 合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象。但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了材料科学界与工业界的重视二、记忆效应的分类（一）单程记忆效应形状记忆合金在较低温度下变形,较热后可恢复变形前的形状,这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。（二）双程记忆效应某些合金加热是恢复高温相形状,冷却时又能恢复低温相形状,称为双程记忆效应。

（三）全程记忆效应。加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状,称为全程记忆效应。三、形状记忆合金在各领域的应用（一）航空航天工业方面形状记忆合金可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线。由于天线体积庞大，运载上月球很不方便，人们在一定温度环境下用形状记忆合金制成抛物面天线，再在低温下把它压缩成一个直径5厘米以下的小团，使它的体积缩小到只有原先的千分之一，放入登月小艇的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。（二）生物医疗方面 TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。在现有的实用记忆合金中只有与生物体接触后会形成稳定性很强的钝化膜的合金才可以植入生物体内,其中仅合金满足使用条件是目前医学上主要使用的记忆合金在医学上合金应用较广的有口腔牙齿矫形丝外科中用的各种矫形棒、骨连接器、血管夹、凝血滤器等现在在血管扩张元件中也应用了形状记忆合金。（三）其他方面 1、眼镜框架在眼镜框架的鼻梁和耳部装配合金可使人感到舒适并抗磨损,由于合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜时尚界用超弹性合金丝做眼睛框架,即使镜片热膨胀,该形状记忆合金丝也能靠超弹性的恒定力夹牢镜片这些超弹性合金制造的眼镜框架的变形能力很大而普通的眼镜框则不行。 2、桥梁结构振动控制记忆合金可用于桥梁被动控制及主动控制、拉索振动控制。对于目前桥梁结构振动控制，合理、有效、安全与经济的抗震途径是采用桥梁减震、隔震新技术，通过设置隔震器和阻尼器，达到增加结构延性、降低结构振动反应和消耗地震能量，把桥梁的变形限制在弹性范围内。对于桥梁结构的隔震体系，不仅要提供附

形状记忆合金及应用

形状记忆合金及应用 XXX （化学化工学院材料化学材料化学1001）摘要形状记忆效应自20世纪30年代报道以来逐步得到人们的重视并加以应用，本文扼要地叙述了形状记忆合金及其机理以及在一些领域的应用。关键词形状记忆合金原理应用 Abstract The shape memory effect since the 1930s reported gradually get people's attention and application, this paper briefly describes the application of shape memory alloy and its mechanism, and in some areas. Key words Shape memory alloys Principle Application 1.引言形状记忆合金( Shape Memory Alloy, 简称SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后, 通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金是一类具有形状记忆性能的合金, 其主要特征是具有形状记忆效应（SME）[1]。研究表明, 很多合金材料都具有SME, 但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的, 才具有利用价值。到目前为止, 应用得最多的是Ni-Ti合金和铜基合金( CuZnAl 和CuAlNi) 。 2.SMA 2.1 发现历史形状记忆效应是张禄经和Read在1951年在AuCd合金中最早观察到的[2], 直到1963年Buehler的课题组在Ni-Ti合金中发现了类似的形状记忆效应之后[3],才真正引起很多科学家的重视。 2.2 晶体学特性 SME 的本质是合金中的热弹性马氏体相变[4]。马氏体相变发生的能量条件是马氏体的化学自由能必须比母相的低。也就是说,只有当母相过冷到马氏体相与母相化学自由能平衡温度T0以下适当温度Ms 时,马氏体将长大,直到热化学自由能和弹性非化学自由能两者之差最小时,马氏体的生长过程才告结束。同样,只有当马氏体过热到T0以上温度As 时, 在相变驱动力作用下, 马氏体缩小的逆转变过程才能开始。这种马氏体的长大或缩小受热效应和弹性效应两因素平衡条件的制约的相变称为“热弹性马氏体相变”。相变并不是发生在某一温度点, 而是一个温度范围, 不同的合金系具有不同的温度范围。图1 相变温度曲线图( 1) 显示了相变特性及相变循环中的关键点, 其中Ms, Mf为马氏体相变的开始和结束时的温度, As,Af为逆相变的起始和结束温度,人们通常用相变温度Af表征合金的特性。多数的合金, 相变发生在较窄的温度范围内, 而且伴随着滞后现象,以致加热与冷却的转变过

形状记忆合金研究现状及应用

摘要：形状记忆效应自世纪年代报道以来逐步得到人们地重视并加以应用，被人们誉为“神奇地功能材料”，本文主要介绍了形状记忆合金合金地发展及其在许多领域地应用以及未来地一些发展趋势. 关键字：形状记忆合金各领域应用发展趋势引言：形状记忆合金（，缩写为）作为一种新型功能性材料，其最显著地特性是形状记忆效应，年由在研究合金时首次发现，随后引起了人们地广泛重视，并由此开始了广泛研究和应用.随着人们逐渐发现形状记忆合金地一些重要特性，如超弹性效应、弹性模量温度变化特性和良好地阻尼性能等.正是这些显著地性能使得形状记忆合金被广泛地应用和研究，应用领域涉及电子、机械、运输、化学、医辽、能源、航天与土木工程等领域.资料个人收集整理，勿做商业用途形状记忆效应地发现年瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了形状记忆效应.最早关于形状记忆合金效应地报道是有及等人在年作出地.他们观察到合金中相变地可逆性.后来在合金中也发现了同样地现象.但当时并未引起人们地广泛注意.直到年及其合作者在等原子比地合金中观察到具有宏观形状变化地记忆效应,才引起了材料科学界与工业界地重视资料个人收集整理，勿做商业用途记忆效应地分类（一）单程记忆效应形状记忆合金在较低温度下变形,较热后可恢复变形前地形状,这种只在加热过程中存在地形状记忆现象称为单程记忆效应.资料个人收集整理，勿做商业用途（二）双程记忆效应某些合金加热是恢复高温相形状,冷却时又能恢复低温相形状,称为双程记忆效应. （三）全程记忆效应. 加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反地低温相形状,称为全程记忆效应.三、形状记忆合金在各领域地应用（一）航空航天工业方面形状记忆合金可用于制造探索宇宙奥秘地月球天线.由于天线体积庞大，运载上月球很不方便，人们在一定温度环境下用形状记忆合金制成抛物面天线，再在低温下把它压缩成一个直径厘米以下地小团，使它地体积缩小到只有原先地千分之一，放入登月小艇地舱内，在月面上经太阳光地照射加热使它恢复到原来地抛物面形状.这样就能用空间有限地火箭舱运送体积庞大地天线了. 资料个人收集整理，勿做商业用途（二）生物医疗方面合金地生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性地医学实例相当多.如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等.在现有地实用记忆合金中只有与生物体接触后会形成稳定性很强地钝化膜地合金才可以植入生物体内,其中仅合金满足使用条件是目前医学上主要使用地记忆合金在医学上合金应用较广地有口腔牙齿矫形丝外科中用地各种矫形棒、骨连接器、血管夹、凝血滤器等现在在血管扩张元件中也应用了形状记忆合金.资料个人收集整理，勿做商业用途（三）其他方面、眼镜框架在眼镜框架地鼻梁和耳部装配合金可使人感到舒适并抗磨损,由于合金所具有地柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜时尚界用超弹性合金丝做眼睛框架,即使镜片热膨胀,该形状记忆合金丝也能靠超弹性地恒定力夹牢镜片这些超弹性合金制造地眼镜框架地变形能力很大而普通地眼镜框则不行.资料个人收集整理，勿做商业用途、桥梁结构振动控制

形状记忆合金

形状记忆合金性能及其应用综述引言：形状记忆合金形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。本文综合了自1971年以来国内外众多科学家对形状记忆合金做出的各方面的研究，并做出简要评价，提出自己的看法和本课题研究内容，为对形状记忆合金的应用研究提供一定参考。国内外研究现状： 1、SMA材料种类研究现状自上个世纪30年代人们发现Au-Cd合金具有记忆效应以来，进过几十年的研究，发现的形状记忆合金按相变特征类，可分成如下几个系列[1]： 1、由热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金 1) TiNi系列，发生体心立方——无公度相——菱方R相——单斜BI9相变。包括TiNi、TiNiFe、TiNiCu、TiNiNb(宽滞后)、TiNiCo等。 2) β铜基合金系，包括:Cu-Al-Ni(Cu-Al-X=Ti或Mn),发生体心立方—近正交γ1’（2H）或单斜β1’（18R1）, γ1’—单斜β1”（18R2），β1”--单斜α1, β1’--单斜α1相变（视应力大小而定）；Cu-Zn-Al-X（Cu-Zn-Al-X，X=Mn或Ni等），发生体心立方（β2、DO3或Lα1）--单斜9R或18R相变；其它，如Cu-Zu和Cu-Zn-X （X=Si、Sn、Au等）。 3）其它有色合金系，包括：Au-Cd、Ag-Cd、In-Ti、Ti-Nb、Co-Ni、Ni-Al等。 4) Fe3Pt（γ—α’，γ—fct）和Fe-30at%Pd（γ—fct）。 5) Fe-Ni-Co-Ti系，发生时效γ一薄片状α’(bcc和bct)马氏体相变，如Fe-33Ni-l0Co-4Ti、Fe-31Ni一I0Co-3Ti及Fe-33Ni-l0Co-(3~4)Ti-Al等。 2、由非热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金 1) Fe-MIn-Si系，发生γ一六方ε相变，包括Fe-30Mn-1Si(单晶)、Fe-（28~33）Mn-(4~6)Si、Fe-Mn-Si-Ni-Cr、Fe-14Mn-6Si-5Ni-9Cr、Fe-20Mn-5Si-5Ni-8Cr、Fe-Mn-Si-9C、Fe-8Mn-6Si-6Ni-13Cr- 12Co等。 2) Fe-Ni-C系，发生γ一薄片状α’马氏体相变，如Fe-3INi-0.4C 和Fe-（26~28）Ni-12Co-4Al-0.4C。其中Ni-Ti基合金的形状记忆效应最佳，是重要的形状记忆材料。Ni—Ti中具有多种相变：无公度相变、R相变(马氏体型)、马氏体相变、沉淀。 2形状记忆合金性能研究现状虽然早在上个世纪30年代，人们就发现了一些合金的形状记忆效应，但是直到70年代muller等人提出SMA材料的本构关系模型以来，有关形状记忆合金的机理和本构模型的研究才取得了一定的进展[2]。SMA的模型可大致分为三类：微观热力学模型、宏观现象学模型和基于微观力学的宏观模型。微观热力学模型有助于了解材料宏观特性的微观机理，揭示SMA的物理本质。微观热力学模型主要有从相界运动的动力学角度给出的本构模型和以能量耗散理论为依据的细观力学模型。Patoor[3]等人首先从微观角度研究了SMA的本构

形状记忆合金的研究现状及应用特点

形状记忆合金的研究现状及应用特点摘要：简述了形状记忆合金的发展概况,介绍了形状记忆效应及其特性. 综述了形状记忆合金材料的研究现状、发展趋势及应用特点。关键词：形状记忆合金形状记忆效应超弹性引言：形状记忆合金( Shape Memory Alloys , 简称SMA) 是一类具有形状记忆性能的合金,其主要特征是具有形状记忆效应[1 ] 。作为一种新型的功能材料,形状记忆合金在理论研究方面,国内外已做了大量工作,但有关SMA 的疲劳性能研究成果甚少,寿命预测及安全估计成为主要困难。为了更好地研究和使用,作者对以往的Ni Ti 合金的研究现状和疲劳测试概况进行综述和讨论。一、形状记忆效应合金在某一温度下受外力而变形,当外力去除后,仍保持其变形后的形状,但当温度上升到某一温度,材料会自动回复到变形前原有的形状,似乎对以前的形状保持记忆,这种合金称为形状记忆合金(Shape memory Alloy , SMA) ,所具的回复原始形状的能力,称为形状记忆效应(Shape Mem2ory Effect ,SME) 。形状记忆效应与马氏体相变和逆相变等密切相关,为此定义了各相关的温度点。当冷却时马氏体相变开始温度为Ms 点,终了温度为Mf 点.。当加热时马氏体逆相变开始温度为As点,终了温度为Af 点。应力诱发马氏体相变的上限为Md 点。参与马氏体相变的高温相和低温相分别称为母相和马氏体相。形状回复驱动力是在加热温度下,母相与马氏体相的自由能之差。但是,为了使形状恢复完全,马氏体相变必须是晶体学上可逆的热弹性马氏体相变。二、形状记忆合金材料的研究现状至今为止已经研究、开发出十几种记忆合金体系. 包括Ag - Cd、Au - Cd、Cu - Al - Ni 、Cu - Al- Be 、Cu - Au - Zn、Cu - Sn、Cu - Zn、Cu - Zn - X(X= Si 、Sn、Al 、Ga) 、In - Ti 、Ni - Al 、Ti - Ni 、Fe -Pt 、Fe - Pd、Mn - Cu、Ti - Ni - Nb、Ti - Ni - X(X= Hf 、Pd、Pt 、Au、Zr) 、Ni - Mn - Ga 、Ni - Al - Mn、Ni - Co - Al 、Co - Mn、Co - Ni 、Co - Ni - Ga 、和Fe -Mn - Si 等。 Ti - Ni 合金以其优良的形状记忆效应和超弹性、耐磨性、耐腐蚀性以及良好的生物相容性,成为实用化程度最高的合金系列。随着微机电系统(MEMS) 对新型驱动元件的需要、溅射和微加工技术的迅速发展, Ti - Ni 形状记忆合金薄膜得到了广泛的研究。究形状记忆合金薄膜材料的工艺与组织和性能之间的关系、开发材料性能的测试方法与设备、测量和积累性能的基础数据、研制新型的性能优异的复合梯度薄膜、拓宽薄膜的应用范围等已成为形状记忆合金薄膜研究的前沿课题。i - Ni 合金加工较难,价格昂贵,相变温度相对较低. 针对Ni - Ti 合金应用实际,加入第三组元素,以改善性能,降低成本的三元Ni - Ti合金研究受到广泛关注,典型合金为Ni - Ti -Cu。 Cu 基合金是另一种实用性较强的形状记忆合金,主要可分为Cu - Zn 和Cu - Al 两大类,其中最具开发价值的是Cu - Zn - Al 系和Cu - Al - Ni系。与Ti - Ni 合金相比,Cu 基合金价格低廉(成本为Ti - Ni 合金的1P10～1P5) [13 ] ,容易加工,但在实用过程中发现,Cu - Zn - Al 系合金存在疲劳强度低、易发生晶界破坏、高于100 ℃时热稳定性差等问题. 通过添加微量复合稀土能使晶粒细

形状记忆合金及其应用

2004年11月第10卷第4期安庆师范学院学报(自然科学版) J ourna l of Anq ing Te a che rs Co lle ge(Na tura l S c ie nce) Nov.2004 Vo l.10NO.4 Ξ ΞΞ 形状记忆合金及其应用吴根华 (安庆师范学院化学与环境科学学院,　安徽安庆　246011) 摘　要:形状记忆合金是近几十年发展起来的一种新型功能材料。本文对N i2T i基合金、Cu基合金和Fe基合金的分类、记忆机理、记忆性能以及它们在不同领域的应用进行了评述,并展望了其应用前景。关键词:形状记忆合金;形状记忆效应;N i2T i基合金;Cu基合金;Fe基合金中图分类号:TB381 文献标识码:A 文章编号:1007-4260(2004)04-0020-04 形状记忆合金(Shap e M e m o ry A ll oy,简称S M A)是一种具有形状记忆效应,能感知温度和位移,并能将热能转换成机械能的新型功能材料。1951年美国的L ead首先在A u2Cd、In2T i合金中发现形状记忆效应(S M E),他利用A u247.5%Cd合金的记忆效应制作升降机模型,但由于合金元素价格高、有毒,没有进行实用化尝试而销声匿迹。1963年美国海军研究所的W.B ueher等人发现N i2T i合金也有形状记忆效应,并设计了新的机械实验装置,受到许多研究者的关注。1969年美国R ayche m公司生产T i2N i2Fe记忆合金管接头用于F14战斗机上的液压管路系统连接。这是S M A第一次成功应用。70年代以后S M A真正进入实用化阶段。至80年代末S M A的研究才遍及世界。90年代初,该合金得到进一步的发展,现已出现第三代形状记忆合金,且进入商品化阶段。本文简要介绍S M A的形状记忆机理、研究现状和应用情况。 1S M A的形状记忆机理 S M A经高温加热后骤冷获得以马氏体(M a rten site)为主的不平衡组织,这种结构组织由于马氏体相对称性差且相界面容易移动,所以较容易使移动路径调转方向往回走,发生向有序晶格逆转,也使其外形恢复到原先的状态,即发生形状记忆效应,这种相变称为热弹性型马氏体相变。马氏体(M a rten site)相变是无扩散型晶格相变,也是由于剪切位移而改变晶体结构的相变。在低于马氏体相变点M s温度下,随着冷却马氏体长大,系统的热力学化学自由能减少,同时由于相变时产生的原子剪切位移,使系统产生非化学自由能的弹性能增大[2]。当自由能减少与弹性能增加之和达到某一极小值时,马氏体停止长大,热效应与弹性效应达到平衡状态,可通过加热或者弹性应力来破坏热平衡,即只有当马氏体过热到T0以上温度A s时,在相变驱动力作用下,马氏体缩小的逆转变过程才能开始。这种马氏体长大或缩小受热效应和弹性效应两因素平衡条件的制约的相变称为“热弹性马氏体相变”。相变并不是发生在某一温度点,而是一个温度范围,不同的合金系具有不同的温度范围[3]。图1显示了相变特性及相变循环中的关键点,其中M s,M f为马氏体相变的开始和结束时的温度,A s,A f为逆相变的起始和结束温度,人们通常用相变温度A f表征合金的特性。大多数的合金, 相变发生在较窄的温 M f　M s　A s　A f 图1　相变温度曲线 Ξ ΞΞ作者简介:吴根华(1962-),男,安徽枞阳人,教授,研究无机材料化学。收稿日期:2004-03-17

形状记忆合金的研究与应用

2015年6月21日形状记忆合金的研究与应用姓名：赵泰先学号： 013412154 指导教师：汪潇

形状记忆合金的研究与应用摘要：形状记忆合金，是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的形变，恢复其形变原始形狀的合金材料。这种合金在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏相变体。关键词：形状记忆合金（SMA）、马氏相变体、记忆效应（SME）引言形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能，是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料，可以实现机械结构的微型化和智能化。形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后，冷却到低温(或室温)，并施加变形，使它存在残余变形[1,2]。当温加热超过材料的相变点，残余变形即可消失，恢复到高温时的固有形状，如同记住了高温下的状态。SMA及其驱动控制系统具有许多的优点，如高功率重量比，适于微型化；集传感、控制、换能、致动于一身，结构简单，易于控制；对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响等，有着传统驱动器不可比拟的性能优点。形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。 1、发展史 1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年科学家及其合作者在等原子比的钛镍合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界