形状记忆合金的发展及应用

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1、材料科学与工程课程报告形状记忆合金的发展及应用士商要：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川的现状以及发展前景。关键i司：形状记忆合金形状记忆合金的发展形状记忆合金的应用引言：有一种特殊的金属材料经适当的热处理后即具有冋复形状的能力，这种材料被称为形状记忆合金（ShapeMemoryAlloy,简称为形状记忆合金），这种能力亦称为形状记忆效应（ShapeMemoryEffect,简称为SME）。通常，形状记忆合金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

2、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巾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‘2Ti合金和铜基合金（CuZnAl和CuAING。一、形状记忆合金形状记忆合金（ShapeMemoryAlloys,形状记忆合金）是一种加热升温后能完企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,这种合金一个独特性质是在髙温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性能（又称“超弹性”，英文pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能求载比一般金

3、属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变一一热弹性马氏体相变。二、形状记忆合金的发展史1932年瑞典人奥兰德在金镉合金屮首次观察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吋，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们具有这种特殊功能的合金称力形状记忆合金。1938年。当吋美国的在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read在Au47。5Cd（%原子）合金屮发现了行状记忆效应。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年

4、后，Burkhart在h-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米能引起人们足够的兴趣和重视。直至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，才开创了“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。这些应用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开发。20世纪7年代，相继开发出了Ni-Ti基、Cu-AI2-Ni基和Cu-Zn-Al基形状记忆合金；80年代开发出

5、了Fe-Mn-Si基、不锈钢基等铁基形状记忆合金，由于其成本低廉、加工简便而引起材料工作者的极大兴趣。从20世纪90年代至今，高温形状记忆合金、滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已成为研究热点。从形状记忆合金的发现至今已有四十余年历史，美国、H本等国家对形状记忆合金的研究和应用开发已较为成熟，同吋也较早地实现了形状记忆合金的产业化。我国从上世纪70年代末才开始对形状记忆合金的研宂工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面，特别是实用形状记忆合金的炼制水平己得到国际学术界的公认，在应用幵发上也有一些独到的成果。但是，由于研究条件的限制，在形状记忆

6、合金的基础理论和材料科学方面的研究我国与国际先进水平尚有一定差距，尤其是在形状记忆合金产业化和工程应用方面与国外差距较大。三、形状记忆合金的应用(一)在航空航天工业的应用形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统屮的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞机高震动和高噪声使用受到限制，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。这就耑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

7、动器控制叶片边緣轨迹上的小翼片的位置，使其震动降到最低。还付用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用形状记忆合金在商温环境下制做好天线，再在低温下把它压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳的强烈的辐射使它恢原来的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。另外，在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置，该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射期间的污染。(二)在生物医疗的应用用于医学领域的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

8、可与生物体形成稳定的钝化膜。在医学上TiNi合金主要应用有：(a)牙齿矫形丝用超弹性TiNi合金丝和不诱钢丝做的牙齿矫正丝，其中用超弹性TiNi合金丝是最适宜的。通