新型金属材料-记忆金属

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1、新型金属材料-记忆金属一．神秘的形状记忆合金在一次新材料的研讨会上，一位教授手持一个盛有水的玻璃瓶，上面插有一只漂亮的用纸做的蝴蝶，他走上讲台一言未发，从容的掏出打火机把瓶子加热，不一会只见蝴蝶的翅膀飞舞起来，这一试验引起了与会者的极大兴趣，原来在蝴蝶下面有一根所谓“形状记忆”合金丝，这根丝随着水温的升高和降低会突然伸长或缩短。所谓形状记忆效应是指合金经变形后，在一定的条件下，仍能恢复至原始形状的现象。形状记忆效应来源于一种热弹性马氏体相变。一般的马氏体相变作为钢的淬火强化的方法从古代便为人所用，就是把

2、钢加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷却，例如直接插入冷水中(称为淬火)，这时钢转变为一种称为马氏体的结构，并使钢硬化。这种马氏体相变有一个特别的性质，在一定的温度下一旦形成的马氏体随着时间延长不再长大，为了增加马氏体的量，必须进一步降低温度，产生新的马氏体。后来，在某些合金中发现了不同于上述的另一种所谓热弹性马氏体相变，热弹性马氏体一旦产生可以随着温度降低继续长大。相反，当温度回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来的状态，即马氏体随着温度的变化可以可逆地长大或缩小，由于马氏体的体积一

3、般比原始状态要膨胀一些，而且马氏体相变伴随着晶体中规则的切变，因此热弹性马氏体相变随之伴有形状的变化。早在1951年美国人在一次试验中偶然发现了金-镉合金有形状记忆特性，当时并未引起重视，1953年又在铟-铊合金发现这类效应，1963年发现镍-钛合金具有形状记忆特性后，掀起了这类合金研究的热潮，并产生了多种实用化的新思想，新的形状记忆合金应运而生，后来还发现了具有双向记忆效应，即铆钉如用双向记忆合金制作时，把铆好的铆钉重新降温后，铆钉又会变直，正如本节开始提到的蝴蝶下面的合金丝便是双向记忆合金，随温度的

4、变化可来回伸长或缩短，引起蝴蝶翅膀上下翻飞。形状记忆合金不仅具有理论上的重大意义，更重要的是工业中的应用价值。最先报道的是用形状记忆合金制作月面天线。月面天线伸展开来很宽大，火箭无法容纳，那么，如何把这样一个天线送上太空，送上月球呢?正是形状记忆合金神话般地解决了这一难题。用Ni-Ti合金丝在马氏体相变温度以上，先做成月面天线，然后在低于Mf的温度把月面天线压成小团装入运载火箭，当发射至月球表面后，通过太阳能加热而恢复原形，在月球上展开成为正常工作的月面天线。用形状记忆合金制作插头与插座或管子连结器有很

5、大的优点，先把形状记忆合金做成比需连结的不锈钢管略小的管连接器，将它冷至Mf温度以下，加以扩径至比连接管略大，然后顺利套在连接管上，最后升温至Af以上(即使用温度)，连接器即自动收缩，于是两根管被牢固地连接起来。美国空军F-14飞机曾经用此类连接器连接油压系统和加压水系统的管道，据说近30万个接头，无一发生事故，在海军的潜艇和军舰上也大量使用形状记忆合金管接头，因为在这些场合中，管道排列十分密集，一般的方法无法实行管道的连接。形状记忆合金用于低质能源的利用上具有深远的意义。目前已将形状记忆合金成功地用于

6、医学上，作为牙科的齿形矫正器，在Ms温度以上把形状记忆合金丝做成正常的形状，然后在低于Mf温度下变形并套在不正常的畸形牙上，当温度上升至口腔的温度后，矫正器自动变成正常形状，把畸形牙矫正。还可用于矫正脊椎侧弯。静脉过滤器是，把筛状过滤器在低温拉成直线，送入静脉，受体温加热后，变成筛状，起到过滤凝血的作用。目前正在用形状记忆合金试制人造肾的微型泵、可以收缩的人造肌肉及人造心脏等。形状记忆合金的发明与应用，使人们对于金属材料的特性及功能开阔了眼界，神秘的被人们称之为机敏或智能材料的大门被打开了。镍钛记忆合金

7、受热后恢复原来形状镍钛记忆合金“花瓣”在相应的温度下慢慢绽放形状记忆合金在太空自然恢复原状二．未来能源材料之星——储氢合金从能源的角度来说，20世纪是石油的时代，人们毫无顾忌地开采石油，大量地燃烧石油，一些原来贫穷的国家依靠石油发家致富，世界围绕着石油的竞争十分激烈，甚至引起战争。然而，随着世界石油的大量开采和消耗，这个石油的时代还能维持多久呢?这不能不引起人们的忧虑，总有一天，石油时代终将结束，那么现代工业的动力能源从何而来?人类将如何生存?持"能源有限论”思想的人们抱着悲观态度，他们不断地向人类发出

8、警告。说实在的，能源危机正在石油大战中悄然走来，进入21世纪，石油时代之后又是什么时代呢?悲观绝望并不可取，但是盲目乐观也很危险。从科学技术的角度来说，能源是无限的，风能水力不会终止，海水中蕴藏的能量也是无限的，寻找新的能源，实现石油时代的平稳过渡将是人类面临的严重挑战。氢是一种十分理想的能源，1kg氢气燃烧可放出14×104J的热量，比1kg石油放出的热量高两倍，氢燃烧的产物是水，不会产生任何污染，而水又可以产生氢。可以设想，在用电低潮的