智能材料形状记忆合金 -

形状记忆合金机械与材料工程学院A1141形状记忆材料二、形状记忆合金形状记忆合金（shapememoryalloys简称SMA）是通过热弹性与马氏体相变及其反转而具有形状记忆效应（shapememoryeffect简称SME）的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。（一）形状记忆合金的基本原理1、马氏体相变马氏体相变是一种无扩散相变或称位移型相变。位移型相变中只有在原子位移以切变方式进行，两相间以宏观弹性形变维持界面的连续和共格，其畸变能足以改变相变动力学和相变产物形貌的才是马氏体相变。形状记忆合金（一）形状记忆合金的基本原理1、马氏体相变马氏体相变首先在钢中发现，以后在钛、锂、钠等金属，多元合金、氧化物和铬酸盐的晶体中也发现了。马氏体相变分为非热弹性马氏体相变和热弹性马氏体相变两类。非热弹性马氏体相变的增长是靠新马氏体的生成，生长速度很快。热弹性马氏体相变的增长是靠旧马氏体的长大，温度下降，马氏体增大，反之，马氏体缩小，长大速度较慢。形状记忆合金形状记忆合金可以分为三种：（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。形状记忆合金二、形状记忆合金（一）形状记忆合金的基本原理3、形状记忆合金的分类形状记忆合金的形状记忆效应可按形状恢复情况分为三类。第一类为单程记忆效应（不可逆记忆效应），母相L冷却为马氏体后，受力变形为L+ε，加热后恢复母相L相形状，冷却和再冷却后保持形状L不变。形状记忆合金3、形状记忆合金的分类第二类为双程记忆效应，母相形状L冷却为马氏体后，受力变形为L+ε，加热后恢复母相形状L，冷却后又变成形状L+ε，反复加热和冷却，可以可逆地发生从L变为L+ε或相反的变化。故又称为可逆形状记忆效应。形状记忆合金第三类为全程记忆效应，某些合金在出现双程记忆效应的同时，再进一步冷却，形状L+ε可变为与母相L形状完全相反的形状L0。形状记忆合金二、形状记忆合金（一）形状记忆合金的基本原理4、拟弹性形状记忆合金除了形状记忆效应外，还具有拟弹性（pseudoelasticity简写为PE），所谓拟弹性就是当形状记忆合金受到外力时发生变形，去除外力后就恢复原状。和普通金属材料的弹性变形不同，普通弹性应变一般小于0.5%，而拟弹性应变可达5%～20%。这是因为形状记忆合金在发生拟弹性形变时，诱发了马氏体相变，去除外力后，又发生马氏体逆相变。从本质上看，形状记忆效应和拟弹性是一致的。形状记忆合金二、形状记忆合金（二）形状记忆合金的种类和发展形状记忆合金的种类很多，目前已有十多个系列，每个系列的成分配比可以在较宽的范围内变化，形成更多的具体品种。目前，已开发成功的形状记忆合金有：Ti-Ni基形状记忆合金Cu基形状记忆合金Fe基形状记忆合金形状记忆合金的应用形状记忆合金可作成单向形状恢复元件和双向形状恢复动作元件和拟弹性元件，具有广泛的应用前景，部分已达到实用化的程度。（1）机械工业用于各种接头、定位器、压板、固定器、柱塞、密封器、记忆铆钉、特殊弹簧和机器人手等。形状记忆合金度薄膜可望制成微弹簧和微机械手。用记忆合金制成销钉，装入孔内加热，其尾端自动分开卷曲，形成单面装配件。形状记忆合金的应用（2）自控和仪表工业用于温度自动调节器和报警器的控制元件、记录笔的驱动装置、电路连接器、各种热敏元件和接线柱等。（3）汽车工业用于发动机防热风扇离合器、排气自动调节喷管、柴油机散热器孔自动开关和喷气发动机油过滤器的形状记忆弹簧等。形状记忆合金的应用（4）兵器工业用于导弹和制导炮弹机电操作伺服控制尾翼、可变形状杀伤枪弹、穿甲弹弹头、杆式穿甲弹分离弹托用变形机构和炮弹引信远距离解除保险机构等。（5）航空航天工业用于宇宙飞船天线、飞机液压系统连接件和紧固件、导弹的分立导线连接器和机电执行元件等。宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线，用以向地球发送和接受信息。数米大的天线装在小小的登月舱里送上了太空。天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到月面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。形状记忆合金的应用（6）医疗器械用于矫正牙齿拱形金属丝、血凝块过滤器、脊椎矫正棒、人工股关节、接骨板、人工肾微型泵、人工心脏收缩活门，手术固定器等。记忆合金肋骨骨折接骨板形状记忆合金的应用（7）智能材料形状记忆合金兼有感知和驱动双重功能，在智能材料中应用最有前景。利用它可感知材料中的内应力分布、裂纹的产生和扩展，并自动改变结构外形，主动控制结构振动，抑制裂纹扩展，降低噪音，吸收能量等。形状记忆合金的应用（8）形状记忆合金作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正不断被开发，例如用记忆合金制作的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。记忆合金材料镜架