形狀記憶合金及應(yīng)用

　　一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達(dá)到屈服點(diǎn)，就產(chǎn)生塑性變形，壓力消除后留下永久變形。但有些材料，在發(fā)生了塑性變形后，經(jīng)過合適的熱過程，能夠回復(fù)到變形前的形狀，這種現(xiàn)象叫做形狀記憶效應(yīng)（SME）。具有形狀記憶效應(yīng)的金屬一般是由兩種以上金屬元素組成的合金，稱為形狀記憶合金（SMA）。

　　形狀記憶合金可以分為三種

　　（1）單程記憶效應(yīng)

　　形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。

　�。�2）雙程記憶效應(yīng)

　　某些合金加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。

　�。�3）全程記憶效應(yīng)

　　加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤�而取向相反的低溫相形狀，稱為全程記憶效應(yīng)。

　　目前已開發(fā)成功的形狀記憶合金有Ti-Ni基形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金、鐵基形狀記憶合金等。

　　最早關(guān)于形狀記憶效應(yīng)的報(bào)道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他們觀察到Au-Cd合金中相變的可逆性。后來在Cu-Zn合金中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，但當(dāng)時(shí)并未引起人們的廣泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中觀察到具有宏觀形狀變化的記憶效應(yīng)，才引起了材料科學(xué)界與工業(yè)界的重視。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也發(fā)現(xiàn)了與馬氏體相變有關(guān)的形狀記憶效應(yīng)。幾十年來，有關(guān)形狀記憶合金的研究已逐漸成為國際相變會(huì)議和材料會(huì)議的重要議題，并為此召開了多次專題討論會(huì)，不斷豐富和完善了馬氏體相變理論。在理論研究不斷深入的同時(shí)，形狀記憶合金的應(yīng)用研究也取得了長足進(jìn)步，其應(yīng)用范圍涉及機(jī)械、電子、化工、宇航、能源和醫(yī)療等許多領(lǐng)域。

　　形狀記憶合金主要有以下用途。

　　工業(yè)應(yīng)用：

　�。�1）利用單程形狀記憶效應(yīng)的單向形狀恢復(fù)。如管接頭、天線、套環(huán)等。

　�。�2）外因性雙向記憶恢復(fù)。即利用單程形狀記憶效應(yīng)并借助外力隨溫度升降做反復(fù)動(dòng)作，如熱敏元件、機(jī)器人、接線柱等。

　�。�3）內(nèi)因性雙向記憶恢復(fù)。即利用雙程記憶效應(yīng)隨溫度升降做反復(fù)動(dòng)作，如熱機(jī)、熱敏元件等。但這類應(yīng)用記憶衰減快、可靠性差，不常用。

　�。�4）超彈性的應(yīng)用。如彈簧、接線柱、眼鏡架等。

　　醫(yī)學(xué)應(yīng)用：

　　Ti-Ni合金的生物相容性很好，利用其形狀記憶效應(yīng)和超彈性的醫(yī)學(xué)實(shí)例相當(dāng)多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、腦動(dòng)脈瘤夾、接骨板、髓內(nèi)針、人工關(guān)節(jié)、避孕器、心臟修補(bǔ)元件、人造腎臟用微型泵等。