形状记忆合金论文

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1、形状记忆合金发展与展望人居学院建筑学12刘畅（2110703039)2013-5-296形状记忆合金摘要：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，被人们誉为“神奇的功能材料”,本文主要介绍了形状记忆合金合金的发展历史及其在许多领域的应用以及未来的一些发展趋势。关键词：形状记忆合金、各领域应用、原理及发现引言：有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金(Shape　MemoryAlloy,简称为SMA),这种能力亦称为形状记忆效应(ShapeMemoryEffect,简称

2、为SME)。通常,SMA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Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)。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Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到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

3、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6a)单程SMEb)双程SMEbtpsfa为SMEcdcjc为伪弹性图1　形状

4、记忆效应示意图图2　形状记忆合金应力—应变—温度关系示意图图1直观地示意出合金的形状记忆效应。在T1温度下,将原来SMA直棒弯曲变形后,加热至T2,弯曲棒便逐渐自动变直回冷至T1,棒仍保持直的形状。合金的这种在某种条件下经任意方式的塑性变形,然后加热至该种合金固有的某一温度以上,又完全恢复其原来形状的现象,称为形状记忆效应(SME)。图1a中所示为单程SME;如果由T2冷至T1时,SMA棒复又自动弯曲,从而随T2≒T1热循环,棒的形状亦发生直≒弯循环现，象,这种现象称为双程SME,如图2b所示。可见,合金的SME是在应力(σ)———应变(ε

5、)———温度(T)三维空间中的一种特殊机械行为。这种空间行为见图2。由于SME的微观机制与母相P及马氏体M之间发生的P≒M正逆相变密切相关,所以,图2中的相变温度及应变量等均为重要的SMA设计参数。其中Ms、Mf为P→M正相变开始与终了温度;As、Af为M→P逆相变开始与终了温度。Md温度为在外力作用下,能够诱发P→M相变的最高温度,高于此温度变形,SMA的变形行为与普通合金相同,因而,SME的变形温度Td≤Md。对于Ni—Ti、Cu基等多数SMA,当满足Af

6、呈现宏观屈服现象,并发生较大的范性变形(cdi段),但是,一旦卸载后,如同普通合金的弹性变形一样,其范性变形减小至0,即合金形状随加载变化,随卸载恢复。因为σ—ε呈非线性,SMA的这种机械行为称为伪弹性。SMA的伪弹性与SME取决于变形温度Td。如果Af

7、hang和Read,他们通过对AuCd的相变可逆性研究发现相变过程中发生了电阻率的变化。1958年,在铜(CuZn)中也发现了类似的现象。直到1962年,当Buehlerh和其同事们在等原子的Ni2Ti合金中发现了SME后,对SMA冶金学和应用的研究才蔚然兴起。随后的十年中,市场上出现了大量的利用SMA制造的产品。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-A

8、l系,如Cu-Al2,Cu2Al2Ni;c)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-N