记忆金属材料(记忆金属)

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1、形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形,恢复其变形前原始形状的合金材料.除上述形状记忆效应外,这种合金的另一个独特性质是在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”（又称“超弹性”,英文pseudoelasticity）行为,表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变. 形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变. 例如,镍-钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的,但温度在40℃上下变化时,合金就会收缩或膨胀,使得它的形态发生变化.这里,40℃就是镍-钛记忆合金的“相变温度”.各种合金都有自己的相变温度. 目前形状记忆合金已有十几种合金体系：包括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、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等等.研究最多应用最广的主要有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金三个大类. 目前我们听说到最多和我们最密切相关的应用就是制造眼镜架的“记忆金属”了,这种“记忆金属”应当是镍钛合金的——即所谓钛金属眼镜架.这种眼镜架,有传统金属眼镜架无法可比的优点.首先,钛金属眼镜架,特别轻,同一款式的眼镜架,钛架比传统架轻一半；其次,钛金属架具有超弹性,永不变形的优点可将两镜腿向两侧拉伸直以与镜圈成一条线,都不会拉断,鼻梁扭曲90度也不会变形.钛金属架还有一个特点是：它化学稳定性好,非常耐腐蚀.不易被污水浸蚀,也不会引起皮肤过敏,戴传统金属架有皮肤过敏史的人非常合适戴钛金属架.戴上钛金属架的眼镜,既轻巧、又结实,长期使用仍是光亮如新永不变形. 另外顺便说一句：形状记忆合金（记忆金属）只是形状记忆材料（智能材料）的一个大类,形状记忆材料除形状记忆合金外还包括形状记忆陶瓷和形状记忆高分子聚合物等. 形状记忆合金按照记忆效应表现形式可以分为三种： （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. 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. 形状记忆合金的具体应用如下. ※工业应用： （1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复.如管接头、天线、套环等. （2）外因性双向记忆恢复.即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作,如热敏元件、机器人、接线柱等. （3）内因性双向记忆恢复.即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作,如热机、热敏元件等.但这类应用记忆衰减快、可靠性差,不常用. （4）超弹性的应用.如弹簧、接线柱、眼镜架等. ※医学应用： TiNi合金的生物相容性很好,利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多.如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等. ※高科技应用展望： 20世纪是机电学的时代.传感——集成电路——驱动是最典型的机械电子控制系统,但复杂而庞大.形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能,可以实现控制系统的微型化和智能化,如全息机器人、毫米级超微型机械手等.21世纪将成为材料电子学的时代.形状记忆合金的机器人的动作除温度外不受任何环境条件的影响,可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技术领域大显身手。

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