什么是形状记忆合金?

形状记忆合金是一种特殊的合金,具有记忆温度,在记忆温度以下可以任意加工。当温度回到记忆温度时,它可以回到加工前的形状。在未来,它将是主要的工程材料之一,如钛,加热后会恢复到加工前的形状。形状记忆合金是一种特殊的合金,具有记忆温度,在记忆温度以下可以任意加工,当温度回到记忆温度时可以恢复到加工前的形状。包括Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni和ti-pt。

他们有两个共同的特点:

1,大弯曲,高塑性。

2、在记忆温度以上恢复之前的形状。

在我的印象中,最早发现的记忆合金好像是50% Ti+50% Ni。

一般记忆金属受温度影响很大,在一定温度下是一种状态。温度变了,状态就变了,但是温度回到原来,状态又回到原来。

这种金属的相变是可逆的。它受温度变化的影响,在一定温度以上会恢复到原来的形状。人造卫星的太阳能电池板可以用它制成。

神秘的形状记忆合金

在一次关于新材料的研讨会上,一位教授拿着一个装满水的玻璃瓶,瓶子上有一只漂亮的纸做的蝴蝶。他一言不发,平静地拿出打火机,给瓶子加热。很快,蝴蝶的翅膀扇动起来了。这个实验引起了参与者的极大兴趣。原来蝴蝶下面有一根所谓的“形状记忆”合金丝,会随着水温的升降而突然伸长或缩短。所谓形状记忆效应,是指合金在一定条件下变形后仍能恢复到原来形状的现象。

形状记忆效应来自热弹性马氏体转变。马氏体相变,作为一种钢的淬火强化方法,自古就有,即把钢加热到某一临界温度以上一段时间,然后迅速冷却,例如直接插入冷水中(称为淬火),这时钢转变成一种叫做马氏体的组织,硬化。这种马氏体转变具有特殊的性质。马氏体一旦在一定温度下形成,就不会随时间增长。为了增加马氏体的数量,必须进一步降低温度以产生新的马氏体。后来又在一些合金中发现了另一种所谓的热弹性马氏体相变,这种相变一旦产生就可以随着温度的降低继续生长。相反,当温度升高时,长大的马氏体可以再次收缩,直至恢复原状,即马氏体可以随温度的变化而可逆地长大或收缩。因为马氏体的体积一般比原始状态大,而且马氏体相变伴随着晶体中的规则剪切,所以热弹性马氏体相变伴随着形状变化。

早在1951,美国人在一次实验中偶然发现金镉合金具有形状记忆特性,当时并未引起重视。这种效应在1953的铟铊合金和1963的具有形状记忆特性的镍钛合金中被发现,掀起了这类合金研究的热潮,产生了许多实际应用。后来发现铆钉具有双向记忆效应,即当铆钉由双向记忆合金制成时,铆钉再次冷却后会重新变直。如本节开头所述,蝴蝶下面的合金丝是双向记忆合金,可以随着温度的变化来回伸长或缩短,使蝴蝶翅膀上下飞舞。

形状记忆合金不仅具有重要的理论意义,而且具有工业应用价值。首次报道月球天线由形状记忆合金制成。月球天线太宽,火箭容纳不下。那么,如何将这样的天线送入太空和月球呢?形状记忆合金奇迹般地解决了这个问题。月球天线由马氏体相变温度以上的镍钛合金丝制成,然后在低于Mf的温度下压成小球,装入运载火箭。当它被发射到月球表面后,通过太阳加热恢复到原来的形状,在月球上展开成为正常工作的月球天线。用形状记忆合金制作插头、插座或管接头具有很大的优势。先把形状记忆合金做成比要连接的不锈钢管略小的管接头,冷却到Mf温度以下,膨胀到比连接管略大,然后平稳地套在连接管上,最后把温度升到Af(即使用温度)以上,接头会自动收缩,这样两管就牢固地连接起来了。美国空军F-14飞机使用这种连接器连接油压系统和压水系统的管路。据说近30万个接头没有意外,形状记忆合金管接头也广泛应用于海军的潜艇和军舰上,因为这些场合管道排列如此密集,用一般的方法是无法连接管道的。

形状记忆合金在低品质能源利用方面具有深远的意义。目前,形状记忆合金已经成功地在医学上用作牙齿正畸矫治器。将形状记忆合金丝在Ms温度以上制成正常形状,然后在Mf温度以下变形并套在异常变形的牙齿上。当温度上升到口腔的温度时,正畸矫治器自动变成正常的形状来矫正变形的牙齿。也可以用来矫正脊柱侧凸。静脉滤器是在低温下将筛滤器拉成一条直线,送入静脉,经体温加热后变成筛状,起到过滤和凝血的作用。目前,正在用形状记忆合金试制人工肾微型泵、可收缩人工肌肉和人工心脏。

形状记忆合金的发明和应用拓宽了人们对金属材料特性和功能的认识,开启了被称为智能或智能材料的神秘之门。