文档介绍：第12章金属功能材料
功能材料往往在能量与信息的显示、转换、传输、存储等方面,具有独特的功能。这些特殊功能是以它们所具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学等物理性能为基础的。
新材料中功能材料大约占85%,、社会发展起着巨大的作用。
一形状记忆合金
定
义
合金在低温下被施加应力产生变形,应力去除后形变保留,但加热会逐渐消除形变,并恢复原来形状,这种现象称为形状记忆效应(shape memory effect),简称SME。具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金(shape memery alloy),简称SMA.
利用记忆效应进行工作的元件、机构和装置,
其应用领域遍及温度继电器、玩具、机械、电子、
自动控制、机器人、医学应用等许多领域。
应
用
1、形状记忆基本概念
热弹性马氏体:马氏体晶核随温度下降逐渐长大,温度
回升时马氏体片又随温度上升而缩小.
应力诱发马氏体:在Ms以上某一温度对合金施加外力也
可以引起马氏体转变.
具备形状记忆材料的条件:马氏体相变是热弹性的;马
氏体点阵的不变切变为孪生,亚结构为孪晶或层错;
母相和马氏体均为有序点阵结构。
形状记忆效应形式:单向形状记忆效应;双向形状记忆效
应(或可逆形状记忆效应);全方位形状记忆效应。
形状记忆效应的三种形式
单向记忆双向记忆全方位记忆
2 、常用形状记忆台金 (1) Ti-Ni基形状记忆合金
特
点
具有记忆效应优良、性能稳定、可靠性高、生
物相容性好等一系列的优点。但成本高,加工困
难。Ti-Ni合金是所有记忆合金中抗疲劳性能最好
的材料。已用于航天航空、海军舰艇和海上石油
平台等方面
合
金
化
在Ti-Ni合金基础上,加入Nb、Cu、Fe、Mo、
V、Cr等元素.
(2) Cu系形状记忆合金
特
点
记忆性能良好、相变点可调节、价格便宜和
易于制造。CuZnAl合金已实用化,但由于脆性
γ2相的析出使其加工性能极差,严重限制了其
应用范围.
类
型
Cu-Zn-A1基和Cu-A1-Ni基形状记忆合金是最
主要的两种Cu基记忆合金
与Ti-Ni相比,Cu基记忆合金疲劳强度和循
环寿命等力学性能。强度较低,稳定性及耐疲
劳性能差,不具有生物相容性。
(3) Fe系形状记忆合金
类
型
具有热弹性可逆M相变的有Fe-Pt、Fe-Pd 、
Fe-Ni-Co-Ti 等和具有非热弹性可逆M相变的
Fe-Mn-Si等
特
点
热弹性马氏体相变驱动力很小、热滞很小。
由于含有极昂贵的Pt、Pd和Co,工业应用受到
限制。
Fe-Mn-Si系弹性模量与强度均明显高于铜基
和Ni-Ti合金,合金原料丰富,价格低。硅降低
合金塑性,一般应<6%Si。Fe-Mn-Si合金的缺
点是抗蚀性很差,易于发生氧化、腐蚀。
欧洲航天计划研制的形状记忆合金材料(Ni-Ti合金)可以像橡皮筋一样拉伸,拉伸后一旦加热到一定温度就会变回原来的形状。
这是魔力水车,周而复始运转。,水车叶片外形也会发生变形,而驱动水车转动。
形状记忆合金应用例子
新型功能材料不断开发
水下舰艇声纳系统中超磁致伸缩合金GMM制造的声纳装置(Giant ostrictive Material,GMM)
江苏大学开发的铜基形状记忆合金过热保护器