形状记忆合金及应用
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用【摘要】形状记忆合金是一种能够记忆其原始形状并在适当条件下恢复的智能材料。
本文首先介绍了形状记忆合金的基本原理，包括其特殊的晶体结构和相变特性。
接着探讨了形状记忆合金在医疗器械和航空航天领域的广泛应用，如支架和航天器构件。
也介绍了形状记忆合金在智能材料中的应用，如自修复材料和智能纺织品。
文章总结了形状记忆合金的前景及发展趋势，指出其在未来有望在更多领域发挥重要作用，并可能带来更多创新和应用。
形状记忆合金的机理及其应用具有广阔的发展前景，将为科技领域带来更多新的可能性和机遇。
【关键词】形状记忆合金，机理，应用领域，医疗器械，航空航天，智能材料，前景，发展趋势1. 引言1.1 形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，其最显著的特点就是可以记忆其固有的形状并在外界条件发生变化时恢复到原来的形状。
这种特殊性能的机理主要是由于形状记忆合金内部的晶体结构和相变特性所决定的。
当形状记忆合金处于低温状态时，其晶体结构呈现出一种特定的形状；而当受热或外力作用时，形状记忆合金会发生相变，晶体结构重新排列，从而使材料发生形状变化。
形状记忆合金的应用领域非常广泛，包括医疗器械、航空航天、智能材料等。
在医疗器械领域，形状记忆合金可以被用于制作支架、植入物等医疗器械，因其具有良好的生物相容性和机械性能，可以有效帮助医生进行手术或治疗。
在航空航天领域，形状记忆合金可以被用于制作航空器件、航天器件等，因其轻便、耐高温等特点，可以大大提高航空航天设备的性能。
在智能材料领域，形状记忆合金可以被用于制作智能材料，可以根据外界条件变化自动改变形状，具有广阔的应用前景。
形状记忆合金的发展趋势是不断完善其性能，拓展其应用领域，推动其在工业生产和科研领域的广泛应用。
形状记忆合金将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
2. 正文2.1 形状记忆合金的基本原理形状记忆合金是一种具有特殊结构和性能的智能材料，其基本原理是在外界作用下能够发生可逆形变，并且恢复到其原始形状。
形状记忆合金的制备及应用
形状记忆合金的制备及应用形状记忆合金是一种特殊的材料，具有记忆形状的能力。
它可以在预设的温度范围内自动形变，主要是由于合金中的晶格结构发生改变而引起的。
由于这种材料独特的性质，已经在许多领域得到了广泛应用。
在本文中，我们将讨论形状记忆合金的制备及应用。
制备方法形状记忆合金的制备有许多方法，其中最常见的是冷加工和热处理。
第一种方法是将材料加工成所需的形状，然后在低温下进行形状记忆效应的形成。
第二种方法是将材料热处理至相应的温度，使其形成一定的记忆效应。
此外，还可以通过合金加工技术制备形状记忆合金。
这种方法可以在制备材料的同时将记忆效应预先设定在材料中。
应用领域形状记忆合金的应用领域非常广泛。
以下是一些主要领域。
医疗器械形状记忆合金在医疗器械中得到了广泛应用。
例如，它可以用于制造人工血管和支架，可以在体内自动调整其形状以适应血管的不同区域。
此外，形状记忆合金还可以用于制造牙套和牙齿矫正器等牙科器械。
汽车工业形状记忆合金还可以在汽车行业中使用。
例如，它可以用于制造记忆效应轮胎，这种轮胎可以在不同路况下自动调整其形状，减少轮胎损耗和燃油消耗。
此外，形状记忆合金还可以用于精密机械零件的制造，以确保它们具有良好的机械性能和耐腐蚀性能。
航空航天形状记忆合金在航空航天领域也得到了广泛应用。
例如，它可以用于制造飞机轮胎和前缘襟翼，以确保它们在高速运动时具有稳定性。
此外，形状记忆合金还可以用于制造支撑系统和阻尼器等关键零部件。
电子科技形状记忆合金在电子科技领域也有应用。
例如，它可以用于制造形状记忆合金微光电机，这种微型机械可以在微米级别上进行精确操作，广泛应用于微电子和微机器人领域。
此外，形状记忆合金还可以用于制造弯曲传感器和防盗系统等电子器件。
总结形状记忆合金是一种具有独特性质的材料。
通过不同的制备方法，可以得到具有不同记忆效应的形状记忆合金。
由于其广泛的应用领域，形状记忆合金已经成为材料科学领域中的重要研究和应用领域之一。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种特殊的金属合金，具有自恢复形状的能力。
它是通过改变材料结构和晶格以实现这种特殊形状记忆功能的。
在应用中，形状记忆合金用途非常广泛，比如医学领域中做成骨钉、牙套、血管支架等医疗器械，还可应用于航天、汽车、机械等行业。
机理形状记忆合金是由两种或多种金属混合而成，其中至少有一种为记忆金属。
记忆金属的显著特点是它具有两种富于改变的结构，即低温下具有铁素体晶格结构，高温时则具有奥氏体晶格结构。
形状记忆合金发挥作用的基本机理是晶格变形。
在形状记忆合金的高温形态中，由于晶格呈奥氏体结构，因此它能够延展。
而在形状记忆合金的低温形态中，由于晶格呈铁素体结构，因此它不能够延展。
当形状记忆合金处于低温状态下受到了加热时，晶格结构会发生改变，即从铁素体改变成奥氏体结构，从而使合金发生纵向或横向的形变，并最终恢复其原来的形状。
当形状记忆合金处于高温状态下受到了冷却时，晶格结构又会发生逆向改变，即从奥氏体变成铁素体，从而使变形消失。
应用形状记忆合金的应用场景很多，其中最为广泛的应用领域当属医学。
在医学领域中，形状记忆合金可以被用来制造骨钉、牙套和血管支架等医疗器械，这些器械可以通过体内的最小切口或者组织缝合，完成病人的治疗。
形状记忆合金还可以应用于航天、汽车、机械等行业。
比如，在航天领域中，形状记忆合金可以被用于制造太阳能帆板，从而使得太阳能帆板可以根据环境的变化自动调整，提高能源利用效率。
而在汽车领域中，形状记忆合金可以被用来制造车身构件，从而使得汽车可以具有更好的耐冲击性和抗变形性。
在机械工业中，形状记忆合金可以被用来制造自动调节机构和阀门等关键部件，从而使得机器和设备能够具有更好的自适应性和稳定性。
总结形状记忆合金是一种非常特殊、非常有潜力的材料，在未来的科技应用领域中将会有更广泛的开拓空间。
同时，加强研发和实验技术，不断优化合金的性能，提高其可持续性，将有助于更多的行业和领域参与到这一技术革新中来。
机械工程中的形状记忆合金的性能与应用分析
机械工程中的形状记忆合金的性能与应用分析引言：机械工程领域一直在寻求新材料的应用，以提高产品的性能和效率。
近年来，形状记忆合金作为一种新兴材料，逐渐受到了广泛的关注。
形状记忆合金具有独特的性能和应用优势，成为许多领域的研究热点。
本文将对形状记忆合金的性能进行分析，并探讨其在机械工程中的应用。
一、形状记忆合金的性能形状记忆合金是一类在特定条件下能够恢复其原始形状的金属材料。
其最重要的性能之一是记忆效应，即在经历塑性变形后能够通过加热或应力释放恢复到原始形状。
这一性能使得形状记忆合金在机械工程中具有独特的应用潜力。
其次，形状记忆合金还具有良好的弹性和耐磨性。
相对于传统金属材料，在形状记忆合金中，由于晶体结构的特殊性，材料具有更强的弯曲弹性和抗磨损能力。
这使得形状记忆合金在耐磨、抗弯曲等方面有广泛的应用前景。
最后，形状记忆合金具有优异的耐高温性和抗腐蚀性。
由于其特殊的晶体结构和化学成分，形状记忆合金能够在高温和腐蚀环境下保持稳定的性能。
这种耐高温性和抗腐蚀性使得形状记忆合金在航空航天、核工程等领域有大量的应用。
二、形状记忆合金在机械工程中的应用1. 智能传感器与执行器形状记忆合金的记忆效应可用于制造智能传感器和执行器。
例如，通过将形状记忆合金作为传感器的敏感部件，可以实现对温度、应力等参数的准确监测与控制。
同时，形状记忆合金的形状恢复能力也使其成为执行器的理想材料，可以用于实现智能控制系统中的机构运动。
2. 超弹性弯曲材料形状记忆合金的弯曲弹性和抗磨损性使其成为超弹性弯曲材料的理想选择。
传统的金属材料在工程设计中常用于制造弹簧、连接器等。
而形状记忆合金在这些应用中能够提供更高的弯曲弹性和抗磨损能力，从而延长产品的使用寿命和可靠性。
3. 智能结构与控制系统形状记忆合金可以用于制造智能结构和控制系统，如智能材料导向的振动控制系统。
利用形状记忆合金的记忆效应，结合传感器和执行器，可以实现结构的形状变换和振动控制，从而提高产品的性能和稳定性。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是指在外力驱动下可以产生形状记忆效应的金属合金，其最重要的特性是在一定范围内可以自恢复原始形状，同时具备优异的力学性能、良好的耐腐蚀性能及高温稳定性等优点。
SMA最早是在1962年由William Buehler 提出的，自此以后，SMA就被广泛研究并应用于不同领域。
SMA的特性是由其所具备的晶体结构和相变特性所决定的，SMA常见的结构类型有Cu-Zn-Al、Ni-Ti、Cu-Al-Ni、Fe-Mn-Si等。
其中，最为常用的是Ni-Ti SMA，这种合金具有良好的形状记忆效应和超弹性特性，是目前最为常用的SMA之一。
当SMA处于高温相（austenite相）时，晶体结构稳定，SMA可以被加工成任意形状。
当外界作用力使SMA在相变温度下降到低温相（martensite相），晶体结构失稳，原本具有的形状记忆效应就会被激发出来。
这种相变是可逆的，可以产生与消失形状记忆效应，从而使SMA表现出自修复、自调整和自适应等功能，被广泛应用于机械、微机电、汽车、医疗等领域。
SMA在机械系统中有广泛应用，例如：在阀门、制动系统、传感器和运动控制系统中使用的SMA弹簧、阀杆、马达和块体，以及金属粉末成型制造的SMA零件，可以安装在汽车和航空航天系统上，在温度和振动变化等条件下，能保障系统的性能稳定和安全可靠。
SMA在医疗系统中的应用也非常广泛，例如利用SMA刀具控制机械手的运动，可以在手术中进行精确的切割和缝合。
同时，利用SMA在不同温度下的形状变化，可以制造热敏支架、热敏钩子和热敏衬垫等医疗器械，可以在体内完成自动放置和释放、自由展开和收缩等操作，很好地解决了手术中的一些难题。
SMA还广泛应用于微纳机电系统（MEMS）中，例如利用SMA薄片可控制悬臂梁的挠度和弯曲，从而实现无线通信、火灾预警、生物传感和关节外科等微型器件。
此外，利用SMA 的变形能力和自恢复特性，也可以制造可变形的电缆、活塞和电子插头等调节设备，实现快速、准确、稳定和可靠的微调控制。
磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用
磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用磁控形状记忆合金执行器是一种新型的智能材料执行器，利用形状记忆合金的特殊性质，能够实现快速、准确的运动控制。
本篇文档将介绍磁控形状记忆合金执行器的工作原理及其应用。
1. 工作原理磁控形状记忆合金执行器是由形状记忆合金丝和磁控软磁铁两部分组成。
软磁铁将磁场输送到形状记忆合金丝中，通过磁力作用控制形状记忆合金丝的形状变化，从而实现执行器的启动和控制。
具体来说，当软磁铁施加磁场时，会引起形状记忆合金丝的形状变化。
形状记忆合金丝的形状变化激发了质量重组，获得更高的能量状态。
此时，形状记忆合金丝的透磁率比软磁铁更高，磁控软磁铁施加的磁场会受到形状记忆合金丝的影响，导致磁场方向的变化，从而调节形状记忆合金丝的形状和力量。
2. 应用磁控形状记忆合金执行器的应用具有广泛的前景，可以应用于机械、电力、电子、医疗等领域。
以下是具体应用的几个方面：(1) 机器人机器人技术是近年来发展十分迅速的一门技术。
磁控形状记忆合金执行器具有迅速响应、高精度、小体积的特点，可应用于机器人关键部件的驱动与控制。
(2) 医疗器械磁控形状记忆合金执行器具有快速响应和无空气污染等特点，可应用于医疗器械的高精度控制中，例如精密手术器械、心脏起搏器等。
(3) 动力系统磁控形状记忆合金执行器可用于动力系统中，例如汽车、飞机等。
通过冷却和加热形状记忆合金来实现发动机的冷却和加热，从而增强机器工作的效率和稳定性。
(4) 电子技术磁控形状记忆合金执行器可应用于电子技术领域，例如可用于快速响应的机械开关、高精度的自动对焦装置等。
总之，磁控形状记忆合金执行器的应用十分广泛，具有不少的优势。
在未来的发展中，相信磁控形状记忆合金执行器会有更广阔的前景和更重要的地位。
形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用
形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用
形状记忆合金的发展经历了多个阶段。
近年来，美国、欧洲、日本等国家和地区在形状记忆合金的制备工艺、成分配比以及与先进制造技术的结合方面取得了显著的进展。
尤其是以4D打印技术为代表的先进制造技术，使用形状记忆合金作为原材料，已经扩展了其在软体机器人、医疗器械、航空航天等领域的应用范围。
在导弹与航天领域，形状记忆合金及其执行器的应用主要有以下几个方面：
1. 实现飞行器轻量化、高效率和高精度的设计需求。
形状记忆合金执行器可以作为驱动特定结构运动从而改变结构特性或触发预设动作的手段。
例如，形状记忆合金管接头已经被大量应用于军用飞机，大大降低了飞机管线漏液情况的发生。
2. 用于机翼调节结构。
通过改变机翼形状和状态，使飞行器在不同环境和执行不同任务的过程中始终保持气动性能最优，同时提高安全性、可靠性和降低噪声。
例如，Smart Wing项目采用对抗式和扭管式驱动器对机翼形状和扭转角度进行调节，在风洞的各项测试中均达到了较优的效果，证明了形状记忆合金在机翼调节应用中的可行性和优越性。
总的来说，形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用，对于提高飞行器的性能、降低制造成本以及实现更复杂的设计需求具有重要意义。
形状记忆合金材料的制备及其应用研究
形状记忆合金材料的制备及其应用研究形状记忆合金材料是一种具有形状记忆和超弹性的功能材料，具有形变能力和恢复能力，并能在外力作用下实现形状变化。
该材料由普通金属元素组成，具有优异的力学性能、化学稳定性和重复使用性能，并且易于加工成各种形状，是一种十分有潜力的新型材料。
一、形状记忆合金材料的制备形状记忆合金材料的制备方法主要有两种：一种是金属粉末冶金法，另一种是真空蒸镀法。
1、金属粉末冶金法金属粉末冶金法是以金属粉末为原料，将其压制成型，再进行烧结或热压而得到的一种粉末材料。
对于制备形状记忆合金材料而言，金属粉末冶金法是一种比较常用的方法。
其制备流程基本包括原料的选择、球磨、混合、压制成型、静态或动态热处理等步骤。
2、真空蒸镀法真空蒸镀法是将形状记忆合金的元素蒸发到基底表面上，在真空中形成紧密结合的金属薄膜，便于加工成各种形状。
真空蒸镀法制备的形状记忆合金材料具有较强的表面硬度和耐腐蚀性能，但相比粉末冶金法制备的材料，其力学性能较弱。
二、形状记忆合金材料的应用形状记忆合金材料的应用范围十分广泛，具有很高的应用价值。
主要分为以下几个领域：1、传感器领域形状记忆合金材料是一种具有记忆形状和超弹性的智能材料，可以用于制作传感器，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等。
这些传感器可以在极端条件下进行测量，具有高精度、高稳定性等特点，可以广泛应用于汽车工业、电子工业、航空航天等领域。
2、医疗领域形状记忆合金材料可以制作成医用支架、植入物等，用于支撑或修复骨骼、血管、神经等组织。
与传统的支架相比，形状记忆合金支架可以更好地适应体内形态和变化，减少对组织的损伤，是一种较为理想的材料。
3、智能材料领域形状记忆合金材料还可以用于制造智能材料，如智能合金、智能陶瓷等。
这种材料可以根据外界刺激自主地进行变形和恢复，具有广泛的应用前景。
例如，可以制作具有自修复功能的构件、具有适应能力的材料、具有变形控制能力的材料等。
总之，形状记忆合金材料是一种功能材料，具有良好的形状记忆和超弹性，易于制备和加工，具有广泛的应用前景。
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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 Application1.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.SMA2.1 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程并不交迭, 相变的滞后程度因合金系的不同而不同。
通常,SMA 能够完全恢复的形变量可达6%～8%( 远非一般材料所能比拟 ,它的形变温度范围一般在100～200℃之间, 主要受合金成份及热处理制度等因素影响。
在形变回复时还会产生很大的回复力( 有的200MPa)。
2.3 形状记忆效应原理[5,6]SMA之所以产生形状记忆效应是因为合金中发生了热弹性马氏体相变和伪相变, 这是在通过多晶和单晶Cu-Zn 合金的实验时发现的。
相变时, 马氏体常围绕母相的一个特定位向形成4 种变体, 合称为一个“马氏体片群”。
变体的惯习面以这一特定位向对称排列。
在光学显微镜下采用偏振光观察, 每个马氏体片群具有4 种不同的颜色, 这表征各个变体的位向不同。
之所以形成这种结构, 是因为每片马氏体形成时,在其周围的基体中造成了一定方向的应力场, 变体沿这个方向长大很困难。
如果有另一个马氏体变体在此应力场中形成, 它将沿阻力小的取向长大, 使应变能降低。
宏观上看, 由4 种变体组成片群的总应变能趋近于零, 此即称为“马氏体相变的自适应”。
在通常的形状记忆合金中, 根据马氏体与母相的晶体学关系,共有6个片群,24种马氏体变体。
在外力作用下, 形状记忆合金可以把马氏体相变的自适应互相抵消的变形能量提供出来。
这存在两种情况:( 1) 呈马氏体状态的试样, 在单向外力作用下自适应排列的马氏体的择优取向, 整个试样呈明显的形变;( 2) 呈母相状态的试样, 在单向外力作用下能诱发马氏体相变, 所生成的马氏体都顺应力方向作择优取向, 整个试样也会呈现明显的形变。
马氏体择优取向是通过孪生和界面移动实现的。
这种变体的择优生长称为马氏体的再取向过程。
当加热温度在As-Af之间时,马氏体发生逆转变。
由于马氏体晶体的对称性低, 因此在逆转变时马氏体中只形成几个母相的晶体位向, 有时只形成一个母相的原来位向。
当母相为长程有序时, 形成单一母相原来位向的倾向更大,使马氏体完全回复了原来母相的晶体, 宏观变形也就完全回复。
正是基于这种机理, SMA即会产生形状记忆效应。
2.4 SMA分类研究2.4.1 TiNi基合金TiNi基合金由于表现出优良的形状记忆效应和超弹性、高的耐磨耐腐蚀性能, 而成为形状记忆合金家族中的佼佼者, 是当今最具实用性的形状记忆合金系列。
为满足实际应用对TiNi 基合金提出的各种要求, 近年来,我国研究者对合金相图相变热力学及第三第四合金元素的添加等进行了大量的研究工作。
作者采用多元扩散偶一电子探针微区成分分析技术研究了T i-Ni-Nb三元系全部成分范围相图的700℃、800℃、900℃等温截面, 确定了该三元系在以上3 个温度下各相的相平衡成分和相平衡关系[7～9], 并提出了可用于热弹性马氏体相变热力学定量分析的改进O一P热力学模型[10]。
贾堤研究了V对Ti44Ni47Nb9记忆合金临界屈服强度应力的影响[11]。
研究结果表明, 利用lat%v 替代该合金中的Nb,可有效地提高Ti一Ni一Nb记忆合金临界屈服应力, 改善该合金的形状记忆回复率。
2.4.2 铜基合金铜基合金是继TiNi合金之后的又一种实用性较强的形状记忆合金。
与TiNi合金相比,它容易加工、成本低, 但也存在一些问题, 主要是晶粒粗大, 热稳定性差以及记忆性能易衰退等问题。
为克服以上不足, 人们希望通过添加合金元素或改进工艺来细化组织, 克服马氏体的稳定化。
在CuZnAl合金中添加微量镧铈复合稀土(0.01～0.08wt%)，能有效细化合金组织, 改善力学性能, 防止合金发生马氏体稳定化现象, 并能减小马氏体相变温度滞后[12～13]。
在CuAlBe合金中添加微量硼可显著细化合金的晶粒和组织,改变合金的组织形态, 且在高温下能有效抑制晶粒长大, 改善合金的记忆性能和力学性能。
硼的加入量以0.05%～.010%范围效果最好[14]。
2.4.3 铁基合金Ti Ni 基合金虽然有优良的形状记忆效应, 但价格较贵, 加工困难。
铜基合金价格低但性能却不稳定, 因而铁基合金以其价格低廉、强度高、加工方便等特点引起工业界的重视。
从实用的观点来看,Fe-Mn-Si系形状记忆合金最具有应用前景。
一般情况下,Fe-Mn-Si基记忆合金的最大回复应变量为2% ,超过此应变量将会产生不可回复的应变。
显然,低的回复应变量是制约铁基记忆合金工程应用的难点之一, 为提高材料的回复应变量, 热机械处理或训练(Training,使材料经历一定变形,在高于Af温度加热后再冷却到Ms以上,如此反复多次)工艺的研究目前受到关注。
它可以显著降低诱发马氏体相变的应力, 抑制滑移变形, 提高回复应变量。
天津大学研制开发的Fe-Mn-Si系形状记忆合金, 经多次训练后, 记忆并未衰减, 反而在一定的训练次数内,有上升的趋势,然后逐渐趋于稳定[15]。
2.4.4 其它合金哈斯勒合金Ni2MnGa是同时兼有铁磁性和热弹性马氏体相变特性的金属间化合物, 是为数不多的铁磁性形状记忆合金之一。
目前我国研究者对它的研究主要集中在提高磁感生应变和形状记忆功能方面[16～18]。
研究中发现, 如果在Ni2MnGa材料中适当地掺加一些Fe 元素, 在保持材料的L21晶体结构不变的情况下, 其机械性能可以得到很大程度的提高,而且材料仍具有完全的双向形状记忆效应和较大的磁感生应变, 这非常有利于应用。
3 SMA应用3.1 SMA 在机械工程中的应用SMA 在机械工程中常用作力敏、热敏驱动元件和阻尼元件, 而且SMA 基本都作为体材料如丝、板、棒等使用。
如军用机械SMA紧固件、Ni-TiSMA 振膜泵( 图1)[19] 、温度调节器、金属封隔器、航天器分离机构上的驱动器、紧固铆钉等, 主要是利用了SMA 的形状记忆效应、伪弹效应和电阻特性。
这些特性使SMA 既具有感知、驱动的双重功效, 又具有阻尼功能。
图1 形状记忆合金振膜泵示意图此外, 形状记忆合金在驱动器领域的应用, 主要是利用了高温相和低温相在相互转变过程中产生的变形或者回复力达到驱动目的。
与传统机械或者电磁驱动方式相比较, 形状记忆合金在驱动领域的应用最显著的特点是几乎没有驱动能量的消耗。
3.2 SMA 在医疗器械方面的应用2001年9月, 由国际形状记忆与超弹性技术委员会和国际形状记忆材料委员会两个组织共同组办的国际形状记忆与超弹性技术和形状记忆材料会议的总结得出: 从目前销售和研发的记忆合金产品来看, 医学产品占的比重最大, 涉及心血管科、牙科、骨科、耳鼻喉科、放射科、介入医学等。
例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线等等, 记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色[25]。
形状记忆合金因具有较高的抗拉强度和延伸率、良好的应变恢复特性、极大的超弹性完全可恢复应变量、优良的生物相容性、低生物蜕变性、耐腐蚀性和抗疲劳性, 使其在生物医用领域得到了广泛的应用。
尤其是TiNi形状记忆合金, 成为记忆合金产业的首选材料。
3.3宇航工业中的应用形状记忆合金可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线这种天线的形状像一朵朵盛开的巨型荷花由于天线体积庞大,运载上月球很不方便人们在高温环境下制做好天线再在低温下把它压缩成一个小铁蛋,使它的体积缩小到只有原先的千分之一,这样就能轻巧地放进太空船的登月小艇当小铁蛋送上月球后,太阳的强烈辐射唤醒了铁蛋的记忆,遂使它恢复了原来的形状,并按照人们的意愿向地球发回宝贵的宇宙信息形状记忆合金还可应用于直升飞机的智能水平旋翼由于直升飞机的高震动和高噪声使使用受到限制,其噪声和震动的来源主要是叶片涡流干扰,以及叶片型线的微小偏差这就需要一种平衡叶片螺距的装置,使各叶片能精确地在同一平面旋转目前已开发出一种叶片的轨迹控制器,它是用一个小的双管形状记忆合金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置使其震动降到最低。