镍钛形状记忆合金的发展现状

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1、NiTi形状记忆合金的性能及应用(**************************************)摘要：本文主要介绍了NiTi形状记忆合金的性能，如形状记忆效应、超弹性效应、生物相容性、耐磨性、阻尼性等。再举例简要介绍它在工程领域、医学领域方面的应用，并对以后的发展方向做了展望。关键字：形状记忆性能；应用PropertiesandApplicationofNiTiShapeMemoryAlloysAbstract：Theessayismainlyintroducetheshapememoryeffects

2、，suchassuper-elasticityeffect，temperaturememoryeffect，biologicalcompatibility,resistancetowearanddampingofNiTishapememoryalloys(SMA)，etal.AndthentalkabouttheapplicationsofNiTishapememoryalloyinengineeringfield，medicalfield.Thedevelopmentdirectionofthestudyfieldw

3、asforecasted．Keywords:shapememoryeffect;application引言形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，简称SMA)是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，这种能力被称为形状记忆效应(ShapeMemoryEffect，简称SME)。实际上，很多材料都具有SME，但能够产生较大回复应变和形状回复力的，只有少数的几种材料，如：Ni-Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)，铁基合金应用最广泛。20世纪30年代，美国哈佛大学的研究员[1]就在Cu

4、Zn合金中发现了形状记忆效应，但在当时被当做一种特殊的相变现象。50年代，张禄经和Read[2]在Au-Cd和In-Ti合金中观察到了形状记忆效应，但也未引起功能应用的重视。1963年，美国海军军械研究室W．J．Buehler等在近等原子NiTi合金中观察到热弹性马氏体经逆相变能回复母相形状，于是命名形状记忆[3]。随后，相继在CuAlNi和CuZnAl中发现形状记忆效应。80年代，的FeMnSi、不锈钢等铁基形状记忆合金。90年代的高温形状记忆合金。从此，形状记忆材料逐渐得到人们的重视，成为有一个研究重点。1性能1.

5、1基本结构Ni-Ti合金的母相结构由钛原子和镍原子分别以简单立方格子沿体对角线错开半个周期而重叠组成，镍原子位于体心，钛原子位于顶角。钛原子价电子态为3d24s2，镍原子价电子态为3d84s2。，贾堤，费学宁等[5]根据固体物理去分子经验电子理论，Ni-Ti合金的母相结构的键型主要为共价键和金属键，得到了NiTi合金的空间价电子结构。图1NiTi合金的价电子结构空间分布模型1.2原理金属收到外力作用时会发生形变，金属的形变分为弹性形变和塑性形变。弹性变形是当外力较小时，原子间距仅有微小的变化，在外力去除后能恢复原有形状

6、。塑性形变是但外力超过某一临界值时，晶体剧烈变形，无法恢复。塑性形变有两种，一种是晶体位错滑移导致剪断，另一种是孪晶变形或应力诱发马氏体相变。形状记忆合金就属于热弹性马氏体相变[4]。马氏体相变往往具有可逆性，即把马氏体低温相一足够快的速度加热，可以不经分解直接转变为母相高温相。母相向马氏体相转变开始，终了温度称为Ms、Mf；马氏体相向母相逆转变开始，终了温度称为As、Af。1.3基本性能钛形状记忆合金在5000oC高温下可被塑成螺旋状、网格状等各种所需要的形状，即记忆形状；被塑形的记忆合金，在0-40oC低温时可任意

7、变形；当温度上升至35-400oC时，它很快恢复到原来的记忆形状。它还有质轻(比重6.5g/cm3)、磁性微弱(导磁率<1.002)、强度较高（抗拉强度5740-9800kg/cm3）、耐疲劳性能（2.5×107cyl,4900kg/cm3），有利于持续发挥功能，屈服强度（14000-2310kg/cm3）和弹性模量（714000-826000kg/cm3）的高回弹性等优点。30多年以来，科学家利用镍钛合金这一特性，进行了大量的基础和应用研究，开发出多种产品，应用于各个领域。1.3.1形状记忆效应（SME）形状记忆合金

8、有三种记忆效应。(1)当形状记忆合金在马氏体态变形，加热后不需外力作用即可回复变形前的形状，而再次冷却时形状不变，这种形状记忆现象称为单程形状记忆效应(OneWayShapeMemory)。(2)某些合金在马氏体时经适当处理后，加热时回复高温母相形状，冷却时又能回复低温马氏体相形状，称为双程形状记忆效应(TwoWayShapeMe