形状记忆合金的发展、制备与应用前景-论文.pdf

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1、科学论坛I■ChinascienceandTechnologyReview形状记忆合金的发展、制备与应用前景朱富慧翟伟(山东大学材料科学与工程学院山东济南250002)[摘要]形状记忆合金是一种新型功能材料，其特有的形状记忆效应使其在机械领域、建筑领域尤其是医学领域发挥着不可替代的作用。本文主要介绍了形状记忆合金的发现与发展、制备方法以及应用前景。[关键词]形状记忆合金制备工艺应用前景中图分类号：TS19011文献标识码：A文章编号：1009—914X(2014)05—0318一O11形状记忆合金的发现与发展应方式的局限

2、性也导致生产过程费时、材料孔隙率低、孔隙尺寸不大及合金组纵观形状记忆合金的发展，与钢铁、铝合金等广泛使用的金属相比，形状记织均一性不高等缺点。忆合金是一种具有感知和驱动能力的新型功能材料，其应用的最大价值在于2．3热等静压法“记忆”效应(ShapeMemoryEffect，简称SME)。“记忆”效应的发现最早要热等静压法也是利用金属粉末烧结成型的原理，是目前制备形状记忆合金追溯到1932年，由瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到。合金的形状在某一的教有效和较理想的手段。热等静压法是将特定气体作为压力媒介，在加热烧温度下受外

3、力被改变，当外力去除时，仍保持变形后的形状，但一旦加热到一定结过程中对粉体或坯料施加气体压力来制备合金的方法。由于气体本身的性的跃变温度时，材料又可以自动回复到原来的形状，似乎对以前的形状保持记质，无论被成型材料几何形状如何，气体产生的高压力均能保持其各个方向上忆，这种特殊功能的合金称为形状记忆合金(ShapememoryAlloy，简称受压力相同或相近。同时，高压气体也能像液体一样渗入粉体或坯料中的空洞，SMA)。形状记忆效应是指形状记忆合金材料在完全母相状态下定型，然后冷这样，在高温高压的共同作用下，合金内部的缺陷和

4、孔洞易被消除，晶体组织结却到一定温度形成完全马氏体，将马氏体在该温度下施加变形，使它产生残余构改善，并伴随着材料致密度和强度大幅提高，综合性能优异。但热等静压法继变形，如果从变形温度加热，伴随逆相变，就可以使原来存在的残余变形消失，承了烧结法烧结时间长的缺点，设备投入也较大。并回复到母相所固有的形状，仿佛合金记住了母相状态所赋予的形状。当马氏3形状记忆合金的应用前景体变形后经逆相变，能恢复母相形状的称为单程形状记忆效应。有的材料经适31建筑工程材料当“训练”后，不但对母相形状具有记忆，而且在再次冷却时能恢复马氏体变形形状

5、记忆合金在建筑工程上的应用的例子还很少，现在研究较多的是后的形状，称为双程形状记忆效应。SMA智能混凝土。SMA智能混凝土通过在混凝土结构中植入形状记忆合金来形状记忆效应被发现之后，人们从未停止过对记忆效应微观原理的探索，改善混凝土诸多性能。由于形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻并逐步利用这一特性来应用于特殊的场合。形状记忆合金最早应用于工业生产尼等特性，其加入到混凝土中可以增加结构阻尼，提高建筑物的抗震能力，并且是在1969年，人们采用了一种与众不同的管道接头装置。为了将两根需要对接能够自我感知、自我修复，

6、达到建筑结构、控制一体化，使工程材料向智能化发的金属管连接，选用转变温度低于使用温度的某种形状记忆合金，在高于其转展。变温度的条件下，做成内径比对接管子外径略微小一点的短管(作接头用)，然后3．2减震材料在低于其转变温度下将其内径稍加扩到该接头的转变温度时，接头就自动收缩使用形状记忆合金能够开发出优良的减震器，其工作原理是在SMA装置而扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。据外国资料介绍，美国的F-14战斗机变形后，会产生较大的变形位移耗能，减少下部结构地震能量向上部结构的传使用了l0万个以上的类似这样的接头来连接液压管道，

7、从未发生过漏油、脱落输，从而达到保护上部结构的目的，提高结构的抗震性能。或破损事故。应用最早也最广泛的形状记忆合金是镍钛形状记忆合金，但为了3．3机械工程材料进一步提升合金其他方面的性能，诸如耐高温陛能、抗疲劳性能等，人们向铁镍将形状记忆合金加工成特定的形状，可充当机械工程中的连接紧固件，如合金中不断尝试添加其他元素，从而进一步研究开发了钛镍铁、钦镍铜、钛镍铬管接头、紧固铆钉、紧固圈等，由于形状记忆效应，紧固件工作更加稳定可靠。等新的镍钛系形状记忆合金。除此以外，其他种类的形状记忆合金也相继问世，34医用材料如铁系合金、

8、铜锌系合金、铜镍系合金等。人们还通过改变形状记忆合金的组织在医学中应用最广泛的是多孔镍钛记忆合金，主要用于人体骨骼的替换和结构来获得某一优良性能，如多孔镍钛形状记忆合金，其组织内数量巨大的晶修补。镍钛合金具有与人体骨骼强度相当的强度，同时其多孔的特性保证植入界(包括孪晶晶界)和内部大量的微孔结构使得合金具备了优于一般