形状记忆合金 智能材料

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1、形状记忆合金研究综述材实验0901付朝丽1101090201摘要文章简述了形状记忆合金的发现历史，详述了形状记忆合金的特性并列举了其在各个领域中的应用和研究现状，最后指出了研究中存在的问题并对今后的发展方向进行了展望。关键词形状记忆合金特性应用研究现状展望Abstract:Thearticlegivesabriefhistoryofthediscoveryoftheshapememoryalloy,detailsthecharacteristicsofshapememoryalloysandlistsapplicationsandresearc

2、hinvariousfields,finallypointsouttheproblemsinthestudyandfuturedirectionofdevelopmentprospects.Keywords:shapememoryalloycharacteristicsapplicationsresearchprospects1前言1.1历史背景在上世纪80年代，人们提出了智能材料的概念。所谓智能材料，即要求材料体系集感知、驱动、信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的材料，具备自感知、自诊断、自适应、自修复等功能。其中形状记忆合金(

3、ShapeMemoryAlloy，简称SMA)由于驱动作用显著、性能较稳定等特点，成为智能材料与结构中研究最多的驱动元件之一。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。1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中也观察到具有宏观形状变化的记忆效应，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1963年美国海军武器实验室的Buchler和Wiley将SMA研制出来后，由于其形状记忆功能被很快重视并应用起来[1]。1970年，美

4、国首先将NiTi形状记忆合金用于宇宙飞船天线，以后又研制出形状记忆合金的热机、机器人、传感器并在医学领域的雅克、医疗器械、整形外科等方面广泛应用。日本每年发表的“形状记忆合金专利调查报告书”表明，自1984年以后的几年，每年专利约1000项，应用领域涉及电气、机械、运输、化学、医疗、能源、生活用品等[2-3]。1.2形状记忆合金简介形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后，通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金，这种能够记住其原始形状的功能称为形

5、状记忆效应(ShapeMemoryEffect,SME)。形状记忆合金是一种特殊的新型功能材料、集感知与驱动于一体的智能材料，因其具有独特的力学效应,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件，并在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都获得了广泛应用。至今为止发现的记忆合金体系：Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si

6、等。2形状记忆合金的特性形状记忆合金在不同环境温度下，最显著的特性就是形状记忆效应和超弹性，此外，它还具有高阻尼和高回复力等特征。形状记忆合金所呈现的特征主要与四个相变的特征温度有关：马氏体相变开始温度Ms及结束温度Mf，奥氏体相变开始温度As及结束温度Af。2.1形状记忆效应2.1.1形状记忆效应的呈现过程在晶体材料中，形状记忆效应(ShapeMemoryEffect，SME)表现为：当具有一定形状的母相样品，由Af以上冷却到Mf以下形成马氏体后，将马氏体在Mf以下变形，经加热到Af以上，材料会自动回复其在母相时的形状，好像具有能够“记忆”住

7、原始形状的功能，这就是形状记忆效应。一般来讲，形状记忆效应可以分为三类：(1)单程形状记忆效应：经受力变形，加热时恢复高温相形状，冷却时不恢复低温相形状的现象。也称为不可逆形状记忆效应。(2)双程形状记忆效应：经受力变形加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相形状，可以通过温度的变化白发地、反复地恢复高低温相形状的现象。也称为可逆形状记忆效应。具有完全热弹性马氏体相变的合金如NiTi基合金、p．Cu基合金、Au．Cd、h1．Ti等同时具有程记忆效应。(3)全程形状记忆效应：经受力变形，加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状与高温相同而取向与之相反

8、的现象，是一种特殊的形状记忆效应。或称全方位形状记忆效应。这种效应只出现在经特殊处理的富Ni的NiTi合金NiTi50.5％～52％(摩尔分数)中。我