文档介绍：形状记忆合金(Shape Memory Alloy)
化学2班王文昱 20420102201319
摘要:形状记忆效应自20世纪30年代报道以来逐步得到人们的重视并加以应用,被人们誉为“神奇的功能材料”, 本文主要介绍了形状记忆合金合金的发展历史及其在许多领域的应用以及未来的一些发展趋势。
关键词:形状记忆合金、各领域应用、原理及发现
形状记忆合金是一种能够记忆原有形状的智能材料。这种合金对形状具有记忆的能力,而且记性相当好,有些甚至反复改变500万次后,仍能在一定条件下完全恢复原状。每种以一定元素按一定比例组成的形状记忆合金都有一个转变为温度。[1]
当合金在低于相变态温度下,受到一有限度的塑性变形后,可由加热的方法使其恢复到变形前的原始状态,这种特殊的现象成为形状记忆效应。而当合金在高于相变态温度下,施以一应力使其收到有限度的塑性变形后,可利用直接释放应力的方式使其恢复到变形前的原始状态,这种特殊的现象又称为拟弹性或超弹性。这两种形状记忆合金所拥有的独特性质在普通金属或合金材料上是无法发现的。[6]
一、形状记忆效应的发现
1932年瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了形状记忆效应。最早关于形状记忆合金效应的报道是有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Ti-Ni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。[3]
二、记忆效应的分类
形状记忆合金在较低温度下变形,较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。某些合金加热是恢复高温相形状,冷却时又能恢复低温相形状,称为双程记忆效应。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。
三、记忆合金体系及各领域应用
至今为止发现的记忆合金体系有Au-Cd,Ag-Cd,Cu-Zn,Cu-Zn-Al,Cu-Zn-Sn,Cu-Zn-Ga,In-Ti,Au-Cu-Zn,Ni-Al,Fe-Pt,Ti-Ni,Ti-Ni-Pd,Ti-Nb,U-Nb和Fe-Mn-Si等。到目前为止,应用最多的是Ni-Ti合金和铜基合金(Cu-Zn-Al和 Cu-Al-Ni)。各种体系的记忆合金各有千秋。Ni-Ti合金的性能好,可靠性强,但价格贵。铜基和金价格便宜,但可靠性差。铁基合金价格便宜,刚性好,强度大,易加工。
1969年,镍-钛合金的形状记忆效应第一次在工业上应用。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的金属管连接,选用转变温度低于使用温度的条件下做成内径比待对接管子外径略微小一点的短管,然后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,接头就自动收缩而扣紧被接管道,形成牢固紧密的连接。美国在某种喷气式战斗机的油压系统中便使用了这种镍-钛合金接头,从未发生过漏油,脱落或破损事故。[3]
据统计,仅一架F-14战斗机的液压系统就要用800万只这种套筒接头,至今各种飞机使用的数量已达到100万件。记忆合金的开发不过20余年,但由于其在各领域的特效应用正广为世人所瞩目,被誉为“神奇的功能材料”。[1]
由于记忆合金的