形状记忆合金的发展及研究(简述)
形状记忆合金的制备及性能研究
形状记忆合金的制备及性能研究形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种能够自主恢复形状的金属材料，具有广泛的应用领域，比如航空、汽车、医疗器械等。
它能够在外力或热力刺激下发生可逆形变，因此又被称为“记忆合金”。
下面，我们就来详细探讨一下形状记忆合金的制备及性能研究。
一、形状记忆合金的制备方法1. 等离子弧熔炼法等离子弧熔炼法是一种将纯金属或合金加热、熔化后急速冷却的方法。
这种制备方法能够制造出比较均匀的形状记忆合金，但是成本比较高。
2. 电弧熔炼法电弧熔炼法是将金属棒、丝等导体加热到熔点后用弧线将其喷出，制造出形状记忆合金的方法。
这种制备方法成本较低，但是合金的质量不如等离子弧熔炼法制造的优质。
3. 热机械变形法热机械变形法是将金属坯料加热到合金的相变温度，然后进行拉伸、压缩、扭转等变形，形成指定形状的铸锭。
这种方法能够制造成形状记忆合金的微型结构，生产成本较低。
二、形状记忆合金的性能研究1. 快速回弹性能形状记忆合金的快速回弹性能是指在外力作用下快速恢复原始形状的能力。
该性能的研究方法为采用脉冲能量、过冷膨胀等测试方法进行实验研究，该性能的提高会大大提高形状记忆合金的实际使用效果。
2. 环境适应性能形状记忆合金应用于不同的环境条件，温湿度等变化对其硬度、弹性等性能都会产生影响。
而形状记忆合金的适应环境条件的能力，是提高其实际使用寿命的关键。
3. 相变行为相变行为是指形状记忆合金在受到外界刺激时，发生相变的过程。
具体研究方法包括差示扫描量热、X射线衍射、电阻变化等方法。
相变行为对形状记忆合金的应用性能具有至关重要的影响。
总之，形状记忆合金作为一种高性能合金材料，在航空、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用。
其制备方法和性能研究是提高其工业化应用的关键。
未来，需要进一步研究和探索形状记忆合金的制备方法和性能变化机理，推动其更广泛的应用。
记忆合金材料的研究与发展
记忆合金材料的研究与发展记忆合金材料（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种具有形状记忆性能的特殊材料，其可以在受力后产生可逆的形状变化，并在消除受力后恢复原状。
这种独特的记忆性能使得记忆合金材料在多个领域中得以广泛应用，例如航空航天、汽车、医疗器械等等。
在记忆合金材料的研究与发展中，人们不断探索其性能和应用的潜力。
记忆合金材料最早是在20世纪50年代由美国海军研究实验室（Naval Ordnance Laboratory）的J. Perkins教授和其团队发现的。
最早的记忆合金材料是铜铝合金，但在后来的研究中，发现了其他种类的合金材料，如镍钛合金（Ni-Ti合金）和铜锌铝合金（Cu-Zn-Al合金）等。
记忆合金材料的研究主要包括两个方面，即合金的成分与制备工艺以及形状记忆性能的研究。
合金的成分与制备工艺直接决定了合金的性能和应用范围。
不同的合金成分可以使记忆合金材料具有不同的形状记忆性能和机械性能。
制备工艺的改进可以提高合金的制备效率和质量，同时控制合金的微观结构和相变温度。
形状记忆性能的研究则涉及合金的相变机制、相变温度和应力响应等方面。
记忆合金材料的形状记忆性能主要是由于合金的相变特性所致。
在记忆合金材料中，其晶体结构可存在两种形态，即高温相和低温相。
高温相具有高弹性模量和低回弹性，而低温相则具有低弹性模量和高回弹性。
通过一定的热处理和变形，可以在记忆合金材料中形成高温相或低温相，从而使材料产生形状记忆效应。
当材料受到外界力的作用时，会发生相变并产生形状变化，一旦取消外界力，材料会自动恢复到原始形状。
这种形状记忆性能使得记忆合金材料在很多领域中具有广泛的应用前景。
记忆合金材料的研究与应用面临着一些挑战。
首先，记忆合金材料的相变温度和应力响应还需要更好地控制。
不同的应用领域对合金的性能要求不同，需要根据具体应用进行合金的设计和优化。
其次，记忆合金材料的制备工艺还需要进一步改进和优化，以提高合金的制备效率和质量。
记忆合金材料的研究与发展
记忆合金材料的研究与发展记忆合金材料（Shape Memory Alloy，SMA）是一种具有形状记忆性和超弹性的材料，它具有广泛的应用前景，可以用于医疗、航空、汽车、建造等诸多领域。
SMA的形状记忆性是指该材料可以在受到外力变形后自动恢复到原来形态，而超弹性是指SMA可以在受到外力时发生超弹性变形，这些独特的特性使得SMA备受瞩目。
SMA的研究起源于20世纪早期，当时，D. Goldstein和A. L. Greer等人随机发现了这种神奇的记忆合金材料。
之后，SMA一直得到全球科学家们的研究和应用。
在过去二十多年的发展过程中，SMA材料已经被广泛运用于航空、汽车、建造、医疗领域等，其中最重要的是航空领域。
SMA材料在航空领域中的作用是可以辅助机翼、空气扰流板等附加部件的自适应变形，以增加机翼的升力和空气动力性能，达到节能效果。
此外，也可以用SMA材料制成机身内部附加支撑系统，保证机身的安全性。
近年来，随着SMA材料的不断改进和应用范围的不断扩大，SMA已经被应用于飞机引擎领域，为飞机制造业带来了巨大的发展机遇。
在汽车制造领域，SMA材料的应用也已经起步。
其主要应用是利用SMA的超弹性和形状记忆性能为汽车制造节能和安全的新材料。
目前，美国通用电气公司已经利用SMA材料研制出一种称之为“Smart Metal”的新型材料，这种材料可以自动调节发动机控制系统，增加汽车的燃油效率和降低排放量。
在建造领域，SMA材料也已经被应用，并取得了一定的成果。
一些大型建筑物，如体育场馆、展览馆、博物馆等都有突出的结构形态和设计需求，SMA材料的结构可实现形状记忆，可用于地震防护、气候适应以及大跨度建筑物中的柱子、梁、拱。
医疗领域是SMA材料的另一大应用领域。
如果将SMA材料放入人体内，当材料受到体温、pH或磁场等外界刺激时，材料即可发生相应的变化，可用于制造支撑、夹持、植入等医用器械方面。
目前，SMA材料的研究和发展已经取得了重大的进展，但是，SMA材料的研究难度大，应用领域复杂，商业化应用仍处于发展初级阶段。
形状记忆合金的机理研究及应用动态
形状记忆合金的机理研究及应用动态形状记忆合金是一种特殊的金属材料，具有独特的形状记忆效应和超弹性特性。
形状记忆效应是指当形状记忆合金受到外界力作用时，可以发生可逆的固相相变，从而使其恢复到其原始的形状。
超弹性则是指形状记忆合金在受力作用下能够产生大变形，而且在去除外力后能够完全恢复到之前的形状。
这些特殊的性能使得形状记忆合金在许多领域具有广泛的应用前景。
形状记忆合金的机理研究是为了深入了解其产生形状记忆效应和超弹性特性的原因。
研究发现，形状记忆合金的特殊性能与其晶体结构和相变行为密切相关。
常见的形状记忆合金主要是基于镍钛（Ni-Ti）合金和铜锌铝（Cu-Zn-Al）合金。
这些合金具有复杂的相变行为，包括固溶相变和组织相变。
固溶相变是指合金在加热过程中，原子重新排列形成新的晶格结构；组织相变则是指合金在加热或冷却过程中，晶体结构的相互转变。
这些相变过程中的微观结构变化导致了形状记忆效应和超弹性的产生。
形状记忆合金的应用动态表明，其在材料科学、机械工程、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。
在材料科学领域，形状记忆合金可以应用于高温和腐蚀环境下的结构材料，如飞机、汽车等。
其具有良好的耐久性和高温稳定性，可以提高材料的使用寿命和性能。
在机械工程领域，形状记忆合金可以应用于精密仪器和机械装置。
例如，在航空航天领域，形状记忆合金可以用于控制航天器的展开和折叠，提高航天器的可靠性和自动化程度。
在医疗器械领域，形状记忆合金可以应用于支架和植入物。
由于其良好的生物相容性和形状记忆效应，可以用于治疗心血管疾病和骨骼疾病，为患者提供更好的治疗效果。
形状记忆合金还可以应用于智能材料和机器人技术。
通过利用形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性特性，可以制造出具有自适应能力的智能材料和机器人。
这些智能材料和机器人可以根据外界环境的变化自动调整其形状和功能，具有广泛的应用前景。
形状记忆合金的机理研究为深入理解其特殊性能提供了理论基础，而当前的应用动态表明形状记忆合金在材料科学、机械工程、医疗器械以及智能材料和机器人技术等领域具有广泛的应用前景。
形状记忆合金的发展和应用说课材料
形状记忆合金的发展和应用形状记忆合金的发展和应用一.引言形状记忆合金((Shape Memory Al坷,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历史与现状在金属中发现形状记忆效应最早可追溯到20世纪30年代。
1938年，美国的Greningerh和Moora-than在Cu-Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变。
随后，前苏联的Kurdiumo、对这种现象进行了研究。
1951年，Chang和Read 在Au-47. 5 at 0 o Cd合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化而发生迁动。
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。
直到1963年，美国海军武器实验室的Buehler等人发现等原子比的Ti Ni合金具有优良的形状记忆功能，并成功研制出具有实用价值的形状记忆合金“Ni}-nol”以后，才引起了人们的广泛兴趣，对形状记忆合金的研究从此进入了一个新的阶段。
二、形状记忆合金的特性形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的材料。
这种材料在一定的状态及条件下}i经变形，但在加热至超过某一温度，或者卸除载荷后具有回复其原始形状的能力。
图I示意地说明形状记忆效应(以及超弹性效应)的特点。
一般合金的a一。
曲线如图la所示。
在弹性范围内时，应力与应变呈线性关系，当应力卸除后变形消失。
但当应力超过弹性限后，将产生塑性变形，在应力卸除后，材料的变形不能完全消除而有残余变形存在，即材料不能回复原状。
铁基形状记忆合金材料的研究进展
铁基形状记忆合金材料的研究进展铁基形状记忆合金材料作为一类具有巨大应用潜力的新型功能材料，近年来备受关注。
本文将介绍铁基形状记忆合金材料的研究进展，重点探讨其性能特点、制备方法以及应用前景。
一、性能特点铁基形状记忆合金材料具有独特的性能特点，使其在各个领域都有广泛的应用前景。
1. 形状记忆效应铁基形状记忆合金材料能够在受到外部刺激时发生可逆的形状变化，具备良好的形状记忆效应。
这一特点使得这类材料在机械领域、电子领域等多个领域都具备广泛的应用前景。
2. 良好的机械性能铁基形状记忆合金材料具有较高的强度和韧性，能够承受较大的外部载荷。
这种优异的机械性能使得该材料在航空航天、汽车制造等领域具备广泛的应用潜力。
3. 耐腐蚀性能铁基形状记忆合金材料具备良好的抗腐蚀性能，能够在恶劣环境下保持稳定的性能。
这使得该材料在海洋工程、化工等领域的应用具备优势。
二、制备方法铁基形状记忆合金材料的制备方法有多种多样，包括传统的熔融法、粉末冶金法以及近年来逐渐兴起的激光选区熔化法等。
1. 熔融法熔融法是最早被应用于铁基形状记忆合金材料制备的方法之一。
通过将合金原料加热至熔融状态，然后迅速冷却，得到具有形状记忆特性的铁基合金材料。
2. 粉末冶金法粉末冶金法以粉末合金为原料，通过粉末混合、成型、烧结等工艺制备出铁基形状记忆合金材料。
这种方法制备的材料具有较高的纯度和均匀的成分分布。
3. 激光选区熔化法激光选区熔化法是近年来兴起的一种新型制备方法。
该方法利用激光束在合金表面进行局部熔化，形成高温区域和低温区域，进而得到具有形状记忆特性的铁基合金材料。
三、应用前景铁基形状记忆合金材料由于其独特的性能特点，在多个领域都有着广泛的应用前景。
1. 机械领域铁基形状记忆合金材料在机械领域具备广泛的应用潜力。
例如，在航天航空领域，可以将其应用于发动机零件、伸缩机构等；在汽车制造领域，可以将其用于刹车系统、防盗系统等。
2. 电子领域铁基形状记忆合金材料在电子领域的应用也十分广泛。
形状记忆合金在机器人领域的应用研究
形状记忆合金在机器人领域的应用研究形状记忆合金，顾名思义，是一种可以记住原来形状并在被变形后恢复到原来形状的特殊合金。
它可以在被激活后，展现出类似于肌肉的收缩和伸展的功能，而这一特性为其在机器人领域的应用提供了新的可能性。
本文就形状记忆合金在机器人领域的应用研究及其前景进行探讨。
一、形状记忆合金的特性及制备方法形状记忆合金的典型组成是镍钛合金，它有一个重要的性质，即当被弯曲、转折或拉伸等形变后，可以持久地留下这些状态。
当质量被逐渐供电的时候，合金便会变形，并且可以以最初的形状恢复。
在过去，由于其特殊的材质，制备困难，所以应用十分有限。
然而随着技术的发展和对其性能的不断研究，如今形状记忆合金已经可以进行大规模的制备和应用，并被广泛用于机器人等领域。
二、形状记忆合金在机器人手臂领域的应用智能机器人是未来发展的趋势之一，而除了拥有丰富的知识和技能外，机器人的灵活性甚至可以直接关系到其实用价值。
现在，越来越多的厂商开始尝试将形状记忆合金应用于机器人领域，尤其在机器人手臂的设计上。
在利用形状记忆合金进行机器人手臂设计时，通常会把合金包裹在机器人手臂骨骼的表面。
骨骼用绳索连接，以使合金能够利用电流变形。
该手臂可以像人类肌肉一样伸展和收缩，从而实现与人类肢体的运动方式类似的操作，更接近人类生理结构。
三、形状记忆合金在机器人行动机制方面的应用形状记忆合金的另一个应用领域是机器人行动机制。
例如，现在的机器人能够通过整个机器人身体内的传感器监测其环境。
当机器人在一个狭窄的区域中行驶时，传感器可以检测到狭窄的空间，导致机器人无法自由移动。
这时，可以利用形状记忆合金使机器人变形，以适应环境。
通过机器人的传感器数据和控制系统的反馈，可以使形状记忆合金材料变形，帮助机器人通过狭窄的区域。
四、形状记忆合金在其他领域的应用除了机器人领域之外，形状记忆合金还可以应用于许多其他领域，例如航空航天、汽车制造和建筑等方面。
航空航天领域的发动机、起落架、燃料电池以及污水处理设备和智能建筑材料都可以使用形状记忆合金制成。
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形状记忆合金论文[优质文档]形状记忆合金形状记忆合金(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”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在1952年作出的。
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，不断丰富和完善了马氏体相变理论。
在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，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。
二、形状记忆效应机理将变形马氏体加热到As点以上，马氏体发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低，转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一个位向—母相原来的位向。
尤其当母相为长程有序时，更是如此。
当自适应马氏体片群中不同变体存在强的力学偶时，形成单一位向的母相倾向更大。
逆转变完成后，便完全回复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢复。
注意:以上原理只适合热弹性，而半热弹性记忆合金主要是由Shockley不全位错的可逆移动引起。
变性的三种形式三、形状记忆效应的分类经过广泛研究,到目前为止,具有SME 的合金可归纳为以下几类: a) Ni2Ti 系,包括等原子Ni-Ti , Ti-Ni-X(X = Fe ,Al ,Co) ; b) 铜系, 包括Cu-Zn 系, 如Cu-Zn , Cu-Zn-X(X = Si ,Al , Sn) ; Cu-Al 系, 如Cu-Al2 , Ni ; Cu2Al2c) 其他有色金属系, 如Co-Ni , Ti-Nb ,Au-Cu-Zn ,Au-Cd ,Ag-Cd , In-Ti 等;d) 铁基合金,如Fe-Pt ,Fe-Ni-Co ,Fe-Mn-Si ,Fe-Ni-Co-Ti ,Fe-Mn-C 及不锈钢等。
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强制回复
• 强制回复最成功的例子是SMA 管接头。事 先把内径加工成比被接管外径小4 % ,当进行 连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气 中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两 端插入,升高温度,内径回复到扩径前的状态, 把被接管牢牢箍紧。利用SMA 制作的脑动 脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使 动脉瘤缺血坏死。
形状记忆合金的发展及研究
左洋 2010012447 材料1003班
引言
• 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。 下面就由我来向大家介绍一 下形状记忆合金的发展情况。
结语
• 记忆合金目前已发展到几十种在航空、 军事、工业、农业、医疗等领域有着用途 而且发展趋势十分可观。这些研究表明 我们已经做出了一个迈步但我们需要将 这一步迈的更大。加以时日它将大展宏 图、造福于人类。
参考文献
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精密控制
• 因为SMA 的相变发生在一定温度范围而不 是某一固定温度点,我们往往只利用一部分 形状回复,使机械装置定位于指定的位姿。 微型机器人、昆虫型生物机械、机器人手 抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥 镜都属于这一类。
超弹性应用
• SMA 的伪弹性在医学上和日常生活中得到 了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了 SMA 的超弹性性质。主要有牙齿娇形丝、 人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti 丝、玩具及塑料眼镜镜框等。Ni2Ti 丝用于 娇形上,即使应变量高达10 %也不会产生塑 性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中, 应变增大较多时矫正力却增加很少。故能 保持适宜的矫正力,既可保证疗效,也可减轻 患者的不适感。
SMA 研究今后的发展方向和趋势
• (1) 充分发掘、改进和完善现有SMA 的性能; (2) 研究开发新的具有形状记忆效应的合金 材料; • (3) SMA 薄膜的研究与应用; • (4) SMA 智能复合材料的研究与开发;
俄罗斯St1Petersburg 机器人及控 制技术学院在Cu-Al-Ni 基合金材 料的研究基础上,研制出了拟人 机械手(115m 长) ,其手爪能移动 200kg的物体。
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பைடு நூலகம்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。
动力装置
• 有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环 往复运动中对外产生力的作用。温度继电器和 温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫 星仪器舱窗门自动启闭、自动收进烟头的烟灰 盒及人工心脏等都属于这种应用类型。1997 年美国航空航天局(NASA) 的科学家利用长3cm ,直径0115mm(01006″) 的Ni-Ti SMA 驱动火星 探测器上的太阳能电池挡板,加热SMA ,使其收 缩,通过传动装置,打开太阳能电池上的玻璃挡 板,电池充电。充电结束后,偏置弹簧重新使挡 板复位。挡板的有效开合可起到防尘的目的。
形状记忆效应的应用
• (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 合金板或棒卷成竹笋状或旋 涡状发条,收缩后安装在卫星内。发射卫星并 进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使 之向宇宙空间撑开。血栓过滤器把Ni2Ti 合金 记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔, 经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块 流动。
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。
形状记忆合金的发展史
• 1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应 • 1951年美国的Chang相Read在Au47· 5Cd(原子)合金中发现 了行状记忆效应。 • 1962年美国海军机械研究所r发现了Ni-Ti合金中的的形状 记忆效应开创了“形状记忆”的实用阶断。 • 1969年美国一家 公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于 美国F14 战斗机上 • 1970年美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。 • 20世纪7 年代相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和CuZn-Al 基形状记忆合金80 年代开发出了Fe-Mn-Si 基、不 锈钢基等铁基形状记忆合金 • 从20世纪90 年代至今高温形状记忆合金、宽滞后记忆合 金以及记忆合金薄膜等已成为研究热点。