形状记忆合金材料的应用.doc

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1、形状记忆合金材料的性质与应用综述【摘要】形状记忆合金是一种新型功能材料，在各个领域有着广泛的应用。本文简要介绍了形状记忆合金的特性、应用以及发展前景。【关键词】形状记忆合金应用发展现状【引言】形状记忆合金（ShapeMemoryAlloys,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。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。[3]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

2、合作者在等原子比的Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了科学界与工业界的重视。这种新型功能材料目前已广泛用于电子仪器、汽车工业、医疗器械、空间技术和能源开发等领域。一、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，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。二、形状记忆合金的特性1、形状记忆效应

3、：合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种效应称为形状记忆效应。2、超弹性：在高于Af点、低于Md点的温度下施加外应力时产生应力诱发马氏体相变,卸载就产生逆相变,应变完全消失,回到母相状态,表观上呈现非线性拟弹性应变,这种现象称为超弹性。3、高阻尼特性：形状记忆合金在低于Ms点的温度下进行热弹性马氏体相变，生成大量马氏体变体(结构相同、取向不同)，变体间界面能和马氏体内部孪晶界面能都很低，易于迁移，能有效地衰减振动、冲击等外来的机械能，因此阻尼特性

4、特别好。4、耐磨性：在形状记忆合金中，Ti-Ni合金在高温(CsCl型体心立方结构)状态下同时具有很好的耐腐蚀性和耐磨性。可用作在化工介质中接触滑动部位的机械密封材料，原子能反应堆中用做冷却水泵机械密封件。5、逆形状记忆特性：将Cu-Zn-Al记忆合金在Ms点上下的很小温度范围内进行大应变量变形,然后加热到高于Af点的温度时形状不完全恢复，但再加热到高于200ºC时却逆向地恢复到变形后的形状，称为逆形状记忆特性。三、形状记忆合金在各领域的应用1、医疗方面：Ni-Ti合金是医用生物材料的佼佼者，在临床医学和医疗器械等方面广泛应用。[1]如介入疗法，将各类人体腔内

5、支架、经过预压缩变形后,能够经过很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各种狭窄部位，支架扩展后，在人体腔内支撑起狭小的腔道。具有疗效可靠、使用方便、可大大缩短治疗时间和减少费用等优点。传统的骨伤手术器械包括接骨钢板、螺钉、钢丝等，手术时医生要进行钻孔、楔入、捆扎等复杂操作，对患者的机体不可避免要造成人为损伤。用形状记忆合金骨科器械手术时，医生先用低温(0~5摄氏度)消毒盐水冷却记忆合金器械，然后根据需要改变其抱合部位的形状，安装于患者骨伤部位。待患者体温将其加热到设定的温度时，器械的变形部分便恢复到原来设计的形状，从而将伤骨紧紧抱合，起到固定与支

6、撑的作用。不仅具有手术操作简便、缩短时间和愈合周期、生物相容性优良、降低人为性损伤等优点，而且其强度是不锈钢的4倍，不会发生弯曲与断裂。血栓滤器也是一种记忆合金新产品。被拉直的滤器植入静脉后，会逐渐恢复成网状，从而阻止95%的凝血块流向心脏和肺部。2、工业方面在机械零件的连接、管道的连接,飞机的空中加油的接口处，用形状记忆合金加工成内径比欲连接管的外径小4%的套管，然后在液氮温度下将套管扩径约8%，装配时将这种套管从液氮取出,把欲连接的管子从两端插入。当温度升高至常温时，利用电加热改变温度,接口处记忆合金变形，套管收缩即形成紧固密封，远胜于焊接，特别适合用于航

7、空、航天、核工业及船舰和海底输油管道等。[1]利用记忆合金的感温驱动双重功能，制作机器人、机械手，体型微小，结构紧凑。在建筑领域，利用形状记忆合金制成阻尼耗能装置、隔震装置、结构加固元件。3、日常生活利用形状记忆合金控制浴室水管的水温，在热水温度过高时通过记忆功能，调节或关闭供水管道。还可以放在暖气的阀门内，用以保持室内的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。还可以制成超弹性眼镜架，如果不小心眼镜架被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热就可以恢复原状。4、航天领域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中的低温配合连接件，欧

8、洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平