形状记忆合金讲稿

形状记忆合金

一、引言

金属具有记忆能力,乍听起来令人不可思议。然而,人们确已获得了这种具有“记忆能力”的金属 (Shape Memeory Alloy)。人们把 SMA 合金做成花、鸟、鱼、虫等各种造型,只要浸入不太热的水中,一 瞬间,花开放,鸟展翅,鱼摆尾,虫蠕动,并且栩栩如生,真如魔术般使人惊叹,这些都是形状记忆合 金特异功能的显示。到目前为止,人们对形状记忆效应的物理本质和各种影响因素已经有了较为清晰的 认识, 形状记忆合金已被确认为一种热驱动的功能材料, 人们利用其形状记忆效应, 在仪器仪表、 电器、 自动控制、汽车、航空航天、医疗、生物工程及机器人等领域之中实现广泛应用。

二、形状记忆合金的发展

形状记忆效应源自材料中发生的马氏体相变。马氏体相变最初是由德国金属学家 Martens 在钢中发 现。 1938年,美国的格里奈哥 (Greniger)和穆拉迪安在 Cu-Zn 合金中发现了马氏体的热弹性转变;随后, 俄罗斯的库究莫夫对这种行为进行了研究。他们的研究在当时并没有受到世界的重视。 1951年美国的 Read 等人在 Au-Cd 合金的研究中首次发现该合金具有形状记忆效应,随后,在 InTi 合金中也发现了形 状记忆效应。这些合金价格昂贵,难以实现应用,人们开始寻找成本低廉的形状记忆合金。低成本形状 记忆合金的发现完全是偶然的。 1962年,美国海军军械研究所将 NiTi 合金作为对温度敏感的振动衰减 合金加以研究,在讨论该项研究经费分配时,某一成员用手将这种材料制成的细丝一端弯曲,然后在点 燃手中雪茄时,忽然发现靠近火焰部分的细丝伸直了。 1963年,军械研究所宣布在 TiNi 合金丝中发现 了形状记忆效应。由于 TiNi 合金具有强度高、塑性大、耐腐蚀件好、成本相对低廉等许多特点而引起极 大关注,人们开始考虑合金形状记忆效应的广泛应用。

1970年人们又在成本更为低廉的 CuAlNi 合金中也发现形状记忆现象,并明确这种现象是能够产生 热弹性马氏体相变的合金所共有的特性。以此为转折点,迄今人们己在许多合金中相继发现这种现象, 如表所示。现在,人们发现有机弹性材料,甚至陶瓷,都可具有形状记忆的功能。

具有完全形状记忆效应合金的成分范围和 Ms(马氏体相变开始温度 ) 点

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三、形状记忆合金的原理

形状记忆效应是指具有一定形状的固体材料 (通常是具有热弹性马氏体相变的材料 ) , 在某一低温状

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