第43卷增刊2010年
土 木 工 程 学 报
C H I N A C I V I LE N G I N E E R I N G J O U R N A L
V o l .43
2010
基金项目:中国地震局中央级公益性研究所基本科研业务费资助项目
(2007B 15)、国家自然科学基金(50808165、90915003)和国家重点基础研究发展计划项目(2007C B 714200)
作者简介:毛晨曦,博士,副教授收稿日期:2010-09-29
一种新型隔震材料:形状记忆合金金属橡胶
毛晨曦
1,2
李素超2 赵亚哥白3 欧进萍
2,4
(1.中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080;2.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150090;
3.东北林业大学,黑龙江哈尔滨150040;
4.大连理工大学,辽宁大连116024)
摘要:为了开发具有变形自复位功能和自限位功能的新型隔震装置,研究并制备一种新型材料———形状记忆合金金属橡胶(S h a p e M e m o r y A l l o y M e t a l l i c P s e u d o -R u b b e r ,S M A -M P R )。为了研究加工成型工艺对该材料变形自复位能力的影响,共制备三种采用不同加工工艺的S M A -M P R ,并对这三种材料的力学性能和变形自复位能力进行试验研究。首先测试三种材料的试件在不同频率正弦压缩循环荷载作用下的力学性能;然后将产生残余变形的三种类型试件放入可控温度箱内加热并测试其变形回复能力。为了验证试件在变形回复后是否仍具有稳定的力学性能,将它们安置在试验机上再次测试正弦循环荷载作用下的力学滞变性能。试验结果表明,形状记忆合金金属橡胶是开发土木工程结构用隔震装置的理想材料。
关键词:金属橡胶;形状记忆合金;变形自复位;隔震器中图分类号:T U 591 T U 352.1 文献标识码:A 文章编号:1000-131X (2010)增-0176-06
An e wm a t e r i a l f o r s e i s m i c a p p l i c a t i o n :S MAm e t a l l i c p s e u d o -r u b b e r
M a o C h e n x i 1,2
L i S u c h a o 2
Z h a o Y a g e b a i 3
O u J i n p i n g
2,4
(1.I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s ,C h i n a E a r t h q u a k e A d m i n i s t r a t i o n ,H a r b i n 150080,C h i n a ;2.H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ,H a r b i n 150090,C h i n a ;3.N o r t h e a s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,H a r b i n 150040,C h i n a ;4.D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,D a l i a n 116024,C h i n a )
A b s t r a c t :T o d e v e l o p n o v e l i s o l a t o r s w i t h s e l f b u f f e r a n dw i t h r e s i d u a l d e f o r m a t i o n s e l f -r e c o v e r y a b i l i t y ,a n e wt y p e o f m a t e r i a l ,s h a p em e m o r ya l l o ym e t a l l i cp s e u d o -r u b b e r (S M A -M P R ),w a s f a b r i c a t e da n di n v e s t i g a t e di nt h i ss t u d y .M e c h a n i c a l b e h a v i o r o f t h i s m a t e r i a l w a s i n v e s t i g a t e d ,t o g e t h e r w i t hi t s d e f o r m a t i o ns e l f -r e c o v e r y a b i l i t y .T o a d d r e s s i f
v a r i o u s p r o c e s s i n g t e c h n o l o g i e s o f S M A -M P Rh a v e g r e a t i n f l u e n c e o nt h e i r d e f o r m a t i o n s e l f -r e c o v e r y a b i l i t y ,t h r e e t y p e s o f S M A -M P R s p e c i m e n s w e r ef a b r i c a t e d .M e c h a n i c a l b e h a v i o r o f t h eS M A -M P R s p e c i m e n s u n d e r c y c l i cs i n u s o i d a l c o m p r e s s i o nl o a d i n g sw i t hv a r i o u sf r e q u e n c i e sw e r et e s t .T h e n ,t h r e et y p e s o f S M A -M P R s p e c i m e n sw i t hr e s i d u a l d e f o r m a t i o n w e r e p u t i n t o a t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e d s t o v e a n d t h e i r d e f o r m a t i o n r e c o v e r y a b i l i t y w e r e t e s t e d .T o a d d r e s s i f t h e s e S M A -M P Rs p e c i m e n s s t i l l h a v e s t a b l e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a f t e r d e f o r m a t i o n r e c o v e r y ,t h e y w e r e i n s t a l l e d i n t h e t e s t m a c h i n e .T h e i r s t r e s s -s t r a i n b e h a v i o r u n d e r c y c l i c s i n u s o i d a l l o a d s w e r e t e s t e d a g a i n .E x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t S M A -M P Ri s g o o d p o t e n t i a l m a t e r i a l t o d e v e l o p n o v e l s e i s m i c i s o l a t o r s f o r c i v i l i n f r a s t r u c t u r e s .K e y w o r d s :m e t a l l i c p s e u d o -r u b b e r ;s h a p e m e m o r y a l l o y ;s t r a i n s e l f -r e c o v e r y ;i s o l a t i o n E -m a i l :m a o c h e n x i @i e m .a c .c n
引 言
自20世纪60年代基础隔震技术被提出和应用以
来,隔震技术已经被认为是减轻土木建筑结构地震损
伤的最有效的手段之一。然而目前开发成型的各种隔震装置仍存在一些丞待解决的问题,例如:由于隔震器水平刚度很小,往往导致地震中装置的水平向变形很大,为避免隔震器失效,必须采用附加的限位装置,这增加了隔震器的复杂性和造价;此外,在发生不可预测的强震后,某些类型的隔震器可能会产生残余变形(如铅芯叠层橡胶隔震支座或采用某些被动阻尼器的隔震支座)甚至导致隔震装置的破坏失效,如果
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·不及时更换或修复隔震器,则装置很难有效地抵抗下
一次地震。历次震害经验告诉我们,每次强烈地震发生后都伴随着一系列余震,且在主震过后的几天之内,余震发生的频率和强度都比较大,而在这几天之内又恰恰是社会秩序极为混乱的阶段,主震之后立即对有问题的隔震支座进行维修和替换是不现实的。因此开发具有变形自复位功能以及自限位功能的新型隔震装置十分必要。
金属橡胶(M e t a l l i c P s e u d o-R u b b e r,简称M P R)是一种多孔材料,在20世纪60年代由前苏联萨马拉国立航空航天大学的学者最早研制发明。传统金属橡胶材料通常采用直径0.1m m～0.5m m的不锈钢丝制成,首先将不锈钢丝卷成螺旋卷,再经过编织、冲压等工艺使其成为具有一定形状的金属橡胶制品。该材料具有橡胶般的优良弹性,可承受较大变形,同时相对于普通橡胶而言,又具有耐久性、耐腐蚀性好,不易老化等优点,故而得名。根据大量有关金属橡胶材料力学性能的文献,金属橡胶材料的应力应变滞变性能具有应变硬化特征,即当应变达到某一特定值时,材料切线弹性模量和恢复力急剧增加,可防止材料产生进一步过大的变形,因而采用金属橡胶材料开发的隔震器不需要另外附加自限位装置。
尽管金属橡胶材料可以承受较大变形,但当其应变幅值超过某一限值,材料仍会产生残余变形。如采用马氏体形状记忆合金丝代替普通不锈钢丝制备金属橡胶则可以解决这一问题。马氏体形状记忆合金具有形状记忆效应,当温度超过奥氏体相变结束温度A f时,材料变形可以自动恢复,因而当采用该材料制备的金属橡胶隔震器在地震作用中产生残余变形时,地震后只需对隔震器进行加热,其残余变形可自动消失,这也正是本文提出的构想。20世纪90年代开始有研究者提出利用马氏体形状记忆合金的形状记忆效应进行结构构件的损伤修复,但利用马氏体形状记忆合金丝开发金属橡胶的研究目前尚属空白。
作为开发新型形状记忆合金金属橡胶隔震器的基础研究工作,本文研究并制备了三种具有不同加工工艺的形状记忆合金金属橡胶材料,对其力学性能和变形自复位性能分别进行了试验研究。首先测试了上述三种材料在不同频率正弦循环压缩荷载作用下的力学性能;然后将三种类型的形状记忆合金金属橡胶试件压缩至产生残余变形,将其放入温控箱内对其加热,测试这些试件的变形自回复性能;为了研究形状记忆合金金属橡胶在变形回复后是否仍具有稳定的力学性能,将这些试件再次安装在试验机上并测试它们在正弦循环荷载下的力学性能。1 形状记忆合金金属橡胶的制备
本文采用的形状记忆合金金属橡胶由哈尔滨工业大学金属橡胶技术研究中心制造,其原料采用直径0.2m m的马氏体形状记忆合金细丝,材料相变温度如下:马氏体相变结束温度M f=10.8℃,马氏体相变开始温度M s=57.3℃,奥氏体相变开始温度A s= 35.8℃,奥氏体相变结束温度A f=74.2℃。为了研究形状记忆合金金属橡胶的制备工艺,使材料既具有稳定的力学性能,同时其变形自回复功能又具有良好的可控性,本文一共制造了三种不同加工工艺的试件。第一类试件(简称A类试件),其加工过程可分为以下三个步骤:①将细金属丝经拉拔、缠绕成为微螺旋弹簧卷;②将微螺旋弹簧卷按一定方式编织成网状,并将网片折叠为毛坯(毛坯形状取决于产品的形状);
③将毛坯放入一定形状的模具内冲压成型。在本试验中,螺旋弹簧卷外径为1.7m m,毛坯成型压力5t/c m2。第二类试件(B类试件)加工时在前述的第一步和第二步之间进行热处理,即在第一步结束后第二步开始前将微弹簧加热到500℃并持续30m i n,然后冷却到300℃。在第三种试件(C类试件)的成型过程中,按照前面的方法进行两次热处理,一次在第一步、第二步之间,另一次在第三步结束之后。为了测试形状记忆合金金属橡胶的力学性能及其变形自回复能力,一共制备了9个具有不同相对密度的试件,试件的几何物理参数见表1。试件的相对密度定义为试件宏观密度与试件所用金属丝密度之比,如式(1):
ρ=
ρ′
ρ″
(1)
式中:ρ′=m/v,为试件的宏观密度,m和v分别为试件的质量和体积;ρ″为试件所采用的马氏体形状记忆合金丝的密度。相对密度ρ实质上反映了试件的孔隙率。
表1 形状记忆合金金属橡胶试件参数
T a b l e1 P a r a m e t e r s o f S MA-MP R s p e c i m e n s 试件丝径(m m)相对密度质量(g)尺寸(m m)
A类0.20.23/0.2528/30约为25×25×25
B类0.20.2328约为25×25×25
C类0.20.2328约为25×25×25
2 压缩力学性能试验
2.1 试验设备及工况
形状记忆合金金属橡胶的力学性能试验是在哈
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尔滨工程大学力学实验中心的I N S T R O NT M 8801电液伺服动力疲劳试验机上完成的。试验过程中由试验机上的力传感器和位移传感器采集试件的力和变形数据,并根据试件尺寸换算得到应力、应变。试验中对试件施加沿冲压成型方向的正弦压缩循环荷载,应变幅值分别为5%、10%、15%、20%,循环加载频率为0.05H z 、0.1H z 、0.5H z 、1H z 、3H z 和5H z ,每种工况下加卸载循环各10圈。2.2 试件压缩力学性能
图1(a )给出了相对密度为0.23的试件应变幅值为20%的应力-应变曲线。从图中可以看出,形状记忆合金金属橡胶压缩应力-应变曲线加载段表现出一定的应变硬化特征,即在曲线的加载段,材料切线弹性模量随应变幅值的增加而增大。出现这种现象是由于试件内部的微弹簧相互作用引起的。形状记忆合金金属橡胶试件的宏观恢复力主要来自于试件内部众多微弹簧卷的弹性恢复力和弹簧卷间的摩擦力,随着试件变形的增加,试件体积变小,单位体积内的微弹簧卷数量增多,更多的微弹簧卷相互挤压产生摩擦,导致材料宏观恢复力增长较快,从应力-应变曲线上看就是材料的切线弹性模量随应变数值增加而增大。从图中还可以看出,形状记忆合金金属橡胶的压缩应力-应变曲线具有滞变特性,即材料具有一定的滞变耗能能力,并且加卸载循环对材料的力学性能影响很小,各圈加卸载应力-应变曲线重合得很好,表明材
料的力学性能十分稳定,不随加卸载循环而退化,这些性能对于开发新型隔震装置都是有利的。图1(b )和图1(c )绘出了相对密度分别为0.23和0.25的两个A 类试件在不同应变幅值下的压缩应力-应变曲线,因为加载循环对试件应力-应变性能影响很小,因而为清晰观察试验结果,图中只给出了各工况最后一圈加卸载循环的应力-应变曲线。从图中可以看出相对密度大的试件其相同应变幅值下的恢复力也较大,这是因为相对密度大的试件单位体积内所用的形状记忆合金丝材多,试件内部微弹簧卷多,因而其宏观的恢复力也相对较大。
为研究加载频率对形状记忆合金金属橡胶压缩应力-应变性能的影响,图2绘出了相对密度分别为0.23和0.25的A 类试件在不同频率正弦循环荷载作用下的应力-应变曲线,从图中可以看出加载频率对材料应力-应变滞变性能无显著影响,因此形状记忆合金金属橡胶可视为力学性能与加载频率无关的材料。
为测试形状记忆合金金属橡胶不可恢复应变的限值,在全部试验结束后对上述试件分别施加幅值为30%、40%和48%的压缩应变,当应变幅值为30%、40%时试件没有明显的残余变形,而当应变幅值达到48%时,试件应变不能完全恢复,存在残余变形,残余应变约为6%,因此判断试件的可回复变形限值在40%～48%之间
。
图3(a )和图3(b )分别为B 类和C 类试件(相对密度0.23)在加载频率0.05H z 、应变幅值为20%时的应力应变曲线。从图中可以看出,加卸载循环次数对B 类试件应力-应变性能基本没有影响;C 类试件应力-应变性能在加载初期随加卸载循环次数增加退化很明显,但第三圈加卸载循环结束后试件的应力-应变性能逐渐稳定,第五圈加卸载循环之后试件应力-应变曲线表现出良好的重复性。从图中还可看出,B 类试件
的恢复力和切线弹性模量比A 类试件大,而C 类试件恢复力和切线弹性模量比B 类试件大。从试验结果还可看出,B 类试件仍有较好的弹性变形能力,但C 类试件在20%应变幅值下就已产生了约4%的残余变形,说明热处理次数会影响试件可回复变形能力。此外,本文还测试了B 类和C 类试件在不同频率循环压缩荷载下的应力-应变曲线,试验结果表明,加载频率对B 类和C 类试件的应力-应变性能也几乎没有影响。
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·3 不同成型工艺试件的变形自复位能力
3.1 试验设备
为研究形状记忆合金金属橡胶材料变形自回复
能力以及变形回复后的力学性能,本文进行了以下试验:将A 、B 、C 三类试件压缩至48%应变幅值使其产生残余变形,然后将有残余变形的试件放入温度箱内加热。由于形状记忆合金的形状记忆效应,当试件温度超过奥氏体相变结束温度A f 时试件的残余变形将自动回复。在试件变形回复过程中,用位移传感器和热电偶同时测量试件变形和内部温度变化。试验中共采用了两个L V D T 位移传感器测量试件变形,一个沿试件受压成型方向布置,另一个则垂直试件成型方向布置,分别测量试件在上述两个方向上的变形。将K 型热电偶安装在试件内部尽可能深的位置,以便准确地测量试件内部温度。当试件变形回复后,将三种试件再次安装在I N S T R O N 试验机上测试其力学性能。
3.2 试件的变形自回复性能
图4为三种试件在残余变形回复过程中的应变-温度关系曲线。观察试验数据可以发现,试件在与成型方向垂直方向上的变形很小,可以忽略不计,因而图4只给出了沿试件成型受压方向的应变值。图中的负应变值表示试件的残余应变,零应变值代表试件回复到原始尺寸,而出现正应变值则表示试件在变形回复过程中出现了“过回复”现象,即试件变形回复后的尺寸大于其原始尺寸。从图4中可以看出,当温度超过A s (奥氏体相变开始温度,为35.8℃)时,三类试件的残余变形均开始回复。为了确保试件回复到原始尺寸,在试验过程中始终监测应变值并将其作为指标控制温度升降。观察图4的试验曲线可以发现,A 类试件的变形回复速率较快,其变形回复过程较难控制,试件易出现“过回复”现象,这主要是因为试件中的形状记忆合金丝均试图回复到其最初的直线形状。B 类试件的变形回复过程较慢,变形回复量较为容易控制,虽然B 类试件也存在“过回复”现象,但其过回
·180 ·土 木 工 程 学 报2010年
复应变值很小(约为0.25%),这是因为B 类试件在变形回复过程中,试件内部丝材均记忆并回复到微弹簧卷的形状。与前两类试件相比较,C 类试件具有最稳定和易于控制的变形回复性能,试件能够准确回复到
原始尺寸,不出现“过回复”现象,这主要是因为C 类试件在加工过程中所受到的热处理训练使试件“记忆”住了其原始尺寸
。
3.3 残余变形回复后试件的力学性能
为测试形状记忆合金金属橡胶试件在变形回复
后是否仍具有稳定的力学性能,将变形回复后的上述三类试件再次安装在实验机上,对其施加压缩循环荷载,测试试件应力-应变曲线。图5绘制了三类试件变形回复后的应力-应变曲线。由于金属橡胶的力学性
能与加载频率无关,因此只考虑了加载频率为0.05H z 的情况。为了便于比较,图5中同时给出了各类试件变形回复之前的应力-应变曲线。从图中可以看出,A 类试件变形回复前后的应力-应变曲线相互吻合很好,说明该类试件在变形回复后仍具有稳定的力学性能。B 类试件的恢复力较变形回复前有所降低,当应变幅值为20%时,试件的恢复力约降低19.5%。C 类试件变形回复后其力学性能出现了明显的退化。因此从变形回复后滞变性能这一角度来看,A 类和B 类形状记忆合金金属橡胶是较为理想的隔震材料。
4 结论
本文通过对三种不同成型工艺的形状记忆合金金属橡胶材料的性能试验研究,得到如下结论:
(1)形状记忆合金金属橡胶应力-应变曲线具有应变硬化特征,且具有较好的滞变耗能能力。
(2)加卸载循环次数对A 类和B 类试件的应力-应变滞变性能几乎没有影响;对于C 类试件,应力-应
变曲线在加载初期出现较大退化,但荷载循环5周后材料应力-应变曲线趋于稳定。
(3)形状记忆合金金属橡胶试件的应力-应变滞变性能与加载频率无关。
(4)在三种类型试件中,A 类试件的滞变性能最稳定,但是它的恢复力和切线模量最小;B 类试件恢复力和切线模量较A 类试件稍大;C 类试件的恢复力和切线模量值最大。
第43卷 增刊毛晨曦等·一种新型隔震材料:形状记忆合金金属橡胶·181
·
(5)由于具有形状记忆效应,当温度升至A f以上时,发生残余变形的形状记忆合金金属橡胶可以自动回复到其原始尺寸。与A类试件相比而言,B类试件具有更好的变形回复可控性。同时,在残余变形回复后,这一类试件又具有比C类试件更加稳定的应力-应变滞变性能。
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H o u s t o n,2003
毛晨曦(1974-),女,博士,副教授。主要从事结构振动控制、结构健康监测及智能材料的研究。
李素超(1982-),男,博士研究生。主要从事结构振动控制、智能材料的研究。
赵亚哥白(1977-),男,硕士,讲师。主要从事结构振动控制、智能材料的研究。
欧进萍(1959-),男,教授,中国工程院院士。主要从事结构健康监测、结构振动控制及结构防灾减灾研究。
浅谈形状记忆合金 引言：时代的发展与材料的发展是相辅相成的。随着科学技术的进步,材料研究变得尤为重要。现如今材料的研究越来越专业化，并且逐渐倾向于功能化、多样性。例如形状记忆材料就是一种典型的新型功能材料。形状记忆材料是指具有形状记忆效应的金属、陶瓷和高分子等材料,在高温下材料形成一种形状,在冷却到低温时会塑性变形成为另外一种形状,如果对材料进行加热,通过马氏体的逆相变,又可以恢复到高温时的形状,这就是形状记忆效应。 一、形状记忆合金及形状记忆效应 形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,其中形状记忆合金是形状记 忆材料中较为重要的材料之一。形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界 温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。 1、形状记忆合金分类 到目前为止，被开发出来的形状记忆合金主要是Ti-Ni基、Cu基与Fe基三种。在这三大类中，根据不同的要求和工作环境，分别在基体中加入和调整一些合金元素的量，使得每一个大类中都有一系列合金被开发出来，应用在各行各业，以满足各种不同的特殊需求。 （a）Ti-Ni形状记忆合金开发的最早，形状记忆效应最稳定，相对比较成熟，已在航天工业、汽车工业、电子工业、医学及人类生活领域获得应用。但由于其原材料Ni?、Ti价格昂贵，且加工成本高等因素，其应用受到限制。 （b）Cu基形状记忆合金因价格便宜、原材料来源广泛、易于加工和制造等原因而得到迅速发展。铜基形状记忆合金是这三类合金中种类最多的一类，但有实际应用价值的目前只有Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni两种。 （c）Fe基形状记忆合金发展较晚，成本较Ti-Ni系和铜系合金低得多，易于加工，在应用方面具有明显的竞争优势，被认为是一种具有广泛应用前景的功能材料，受到广泛的关注。 2、呈现形状记忆效应的合金的必备条件 （a）马氏体相变只限于驱动力极小的热弹性型，即马氏体与母相之间的界面的移动是完全可逆的 （b）合金中的异类原子在母相与马氏体中必须为有序结构
二、文献综述 1.磁性形状记忆合金 磁性形状记忆合金是既受温度控制的热弹性记忆效应，同时也具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。磁性形状记忆合金具有很多优良的性能，如：高响应频率、大输出应力，磁致伸缩应变大等1，所以是一种理想的驱动和传感材料。 3. Heusler合金及其结构 Heusler合金是在研究MSMA中研究最多的一种合金，也是现在备受关注的一类功能材料，具有独特的磁性、半金属性、磁性形状记忆效应，有着广泛的应用前景。Heusler合金是1903年，德国人F.Heusler第一次报道两种金属间化合物的磁性，这两种化合物是Cu2MnAl 和Cu2MnSn。随后，英国人P. Webster 发表了一篇关于高有序度合金(Heusler 合金)的文章10 Heusler合金是一种金属间化合物，通常具有L21性结构，化学分子式为X2YZ，Z则是周期表右边B类IV族，及其两边的III 族和V族的元素。X、Y 可以是元素周期表中钪、钛、矾、铬、锰、铁、钴、镍、铜等3d 元素以及排列在它们所在列中下面的扩展的过渡族元素，共有约30个。 Heusler 合金可以看成由四个面心立方结构的亚晶格沿对角线四分之一相互交叉而成。X 和Y原子占据（A，C）以及B位，Z原子占据D位。其中ABCD的坐标分别为A (0, 0, 0), B ( 1/4,1/41/4 , ), C ( 1/2,1/2 1/2, ) 和D (3/4 3/4,3/4 , ) 图1.Heusler 合金晶体结构示意图 1.2 Heusler合金的结构和开发潜力 Heusler型合金是一种高度有序的金属间化合物，具有立方L21结构，空间
橡胶材料种类性能表 序 号 橡胶种类主要材料优点劣势适用范围使用温度 1 天然橡胶 （NR）异戊二烯聚合 物 优良的回弹性，拉 伸强度、伸长率、 耐磨性，撕裂和压 缩永久变形性能 不耐油，耐 天候、臭 氧、氧的性 能较差 制作轮胎、减 震零件、缓冲 绳和密封零件 -60～100℃ 2 丁苯橡胶 （SBR）丁二烯与苯乙 烯的共聚物 含10％苯乙烯的 丁苯-10有良好寒 性，含30％苯乙 烯的丁苯-30耐磨 性优良 耐油、耐老 化性能较差 制作轮胎和密 封零件 -60～120℃ 3 丁二烯橡 胶（BR）丁二烯聚合物常用的顺丁二烯橡 胶，耐寒、耐磨及 回弹性能较好 制品不耐 油，不耐老 化 适于制作轮 胎、密封零 件、减震零 件、胶带和胶 管等制品 -70~100℃ 4 氯丁橡胶 （CR）氯丁二烯聚合 物 耐天候，耐臭氧老 化，有自熄性，耐 油性能仅次于丁腈 橡胶，拉伸强度、 伸长率、回弹性优 良，与金属和织物 粘结性很好 制品不耐合 成双酯润滑 油及磷酸酯 液压油 适于制作密封 圈及密封型 材、胶管、涂 层、电线绝缘 层、胶布及配 制胶粘剂等 -35～130℃ 5 丁腈橡胶 （NBR）丁二烯丙烯腈 的共聚物 一般含丙烯腈 18％、26％或 40％，含量愈高， 耐油、耐热、耐磨 性能愈好，但耐寒 性则相反。含羧基 的丁腈橡胶，耐 磨、耐高温、耐油 性能优于丁腈橡胶 制品不耐天 候、不耐臭 氧老化、不 耐磷酸酯液 压油 丁腈橡胶适于 制作各种耐油 密封零件、膜 片、胶管和软 油箱 -55～130℃ 6 乙丙橡胶 （EPM、 EPDM ）乙烯、丙烯的 二元共聚物 （EPM）或乙 烯、丙烯、二 烯类烯烃的三 元共聚 （EPDM） 耐天候、耐臭氧老 化，耐蒸汽、磷酸 酯液压油、酸、碱 以及火箭燃料和氧 化剂，电绝缘性能 优良 品不耐石油 基油类 适于制作磷酸 酯液压油系统 的密封零件、 胶管及飞机、 汽车门窗密封 型材、胶布和 电线绝缘层 -60～150℃ 7 丁基橡胶 （IIR）异丁烯和异戊 二烯的共聚物 耐天候、臭氧老 化，耐磷酸酯液压 油，耐酸、碱、火 箭燃料及氧化剂， 制品不耐石 油基油类 适于制作轮胎 内胎，门窗密 封条，磷酸酯 液压油系统的 -60～150℃
形状记忆合金的制备方法，作用及发展前景摘要：本论文主要论述形状记忆合金的相关内容，扼要地叙述了形状记忆合金的制备方法，作用，介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 关键词：形状记忆合金制备方法应用发展前景 引言 形状记忆合金（Shape Memory Alloys,SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较低温度下发生的形变，恢复其形变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。研究表明，很多合金材料都具有SME，但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状恢复力的才具有利用价值。到目前为止，应用最多的是Ni2Ti合金和铜基合金（CuZnAl 和CuAlNi）。 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料，集感知与驱动于一体的智能材料，因其功能独特，可制作小巧玲珑，高度自动化，性能可靠的元器件而备受瞩目，并获得广泛应用。 正文 一．形状记忆合金的制备方法
形状记忆合金及其制备方法，该合金含有主要合金元素Ti、Zr、Nb及添加元素包括Mo、V、Cr、Sn，并加入元素Al；各组分重量百分比分别为：Ti：46-60，Zr：15-25，Nb：15-25；添加元素选取Mo、V、Cr、Sn其中一种或两种，其重量百分比＜2.0；Al：0.5-2.5。本发明选用的主要合金元素均为对人体无毒性反应且生体适应性良好的物质；经溶解合金化后，该合金具有出色的形状记忆性能及超弹性特点，并可以进行超过50％乃至99％的冷加工变形性。经过固溶、时效处理的合金可在更广的范围内具有较高的形状记忆回复功能、较高的冷加工塑性及对人体无毒性等优良性能。? 二．形状记忆合金的应用 迄今为止，形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用，总的来说，按使用特性的不同，可归纳为下面几类： （1）自由回复 SMA在马氏体相对产生塑性变形，温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局将Ti2Ni合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条，收缩后安装在卫星内。发射卫星并进入轨道后，利用加热器或者太阳能加热天线，使之向宇宙空间撑开。血栓过滤器把Ni2Ti合金记忆成网状，低温下拉直，通过导管插入静腔，经体温加热后，形状变成网状，可以阻止凝血块流动。有人设想，利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构，即以小体积发射，于空间展开成所需的形状，这是很有吸引力的机构。
磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理 磁控形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁场作用下所表现出的低能量诱发相变、大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的特性，使之有可能成为土木工程结构振动控制理想的驱动与传感材料。针对这一问题，论文通过描述MSMA材料的变形机制，以及磁场、应变、应力之间的函数关系，分析了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制应用中需要解决的问题，提出了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制领域中应用前景。 标签：磁控形状记忆合金；磁力性能；振动控制；本构关系 1.MSMA变形机理 磁控形状记忆合金既有传统记忆合金特有的热弹性马氏体相变，也有铁磁相和顺磁相之间的居里转变。磁控形状记忆合金的磁致应变可以通过两种方法获得[1]，一种是由磁场诱发从母相到马氏体的相变（类似于应力诱发马氏体相变），这种情况一般需要非常大的磁场，例如需要1.29T的磁场才能诱发合金的马氏体相变；另外一种是铁磁控马氏体在磁场作用下的孪晶变体再取向（类似于应力促使马氏体孪晶再取向，与传统的磁致伸缩机制无关），这种情况需要的磁场比前者小得多，而且可以得到较大的应变量，例如在300K时，诱发Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金马氏体变体再取向得到9.5%的磁致应变，只需0.13T 的磁场。所以有关铁磁形状记忆合金的研究大多采用第二种机制，可以利用较小的磁场获得较大的应变。 在高对称性母相中，马氏体成核所产生的应变主要是通过滑移或者变形孪晶变体界面的移动来消除（可以大大降低马氏体与周围区域的应变能）。在有序合金中，与滑移变形相比，孪晶界面的移动不需破坏原子键，需要的能量较低，因此，孪晶界面的移动要比滑移更容易发生。孪晶界面移动实现的孪晶变体的择优取向将产生较大的宏观应变。 磁控形状记忆效应的必要条件是马氏体的各向异性能大于孪晶界移动所需的能量，而且易磁化方向在孪晶界两边不同，在这种情况下施加磁场将在孪晶界两边产生Zeemna能的 差异，这个能量差异对孪晶界施加压力，因 而易磁化方向与外磁场方向相同的孪晶单变体将长大，磁场诱发孪晶界移动的结果是产生一个大的应变，这效应完全发生在磁控形状记忆合金的马氏体。 磁控形状记忆合金的形状记忆效应不是通过温度的改变而是通过磁场变换达到的，也就是说，在磁场作用下发生磁诱发相变，这个动作是瞬时进行的。所以，磁控形状记忆合金不仅具有普通形状记忆合金应变、应力大的优点，而且具有反应迅速、响应频率高的优点，可以应用于各种混合系统、定位系统、减震器、
TiNi形状记忆合金是一种功能材料，除具有比强度高、耐磨、耐腐蚀、无磁、生物相容性好等特点外，还具有奇特的形状记忆性能和超弹性性能。其广泛用于宇航、通信、医疗、自动控制、仪器仪表、管道连接、眼镜制造以及日常生活等方面。本公司生产的TiNi形状记忆合金综合性能已达到国际先进水平；板、棒、丝产品在国内医疗器械、眼镜制造、手机天线等行业享有较高声誉。 TiNi形状记忆合金的主要性能 合金特点单位数值密度 g/cm3 6.4-6.5 熔点 oC1310弹性模量 马氏体GPa28-41 奥氏体GPa83 硬度 马氏体Hv180-200 奥氏体Hv200-350 抗拉强度 退火态MPa850 加工态MPa1900 屈服强度 马氏体MPa70-140 奥氏体MPa195-690 延伸率 退火态%25-50 加工态%5-10 相变温度 oC-100-100 最大回复应变 %8 最大回复应力 MPa600 TiNi形状记忆合金产品品种及规格 名称牌号相变温度类型规格(mm)标准应用范围 记忆型钛镍合金TiNi-0120oC-40oC丝Φ0.1-4.0Q/XB151 6 应力棒、热驱动弹簧、温控 元件等 TiNi-0145oC-90oC棒Φ4.0-10.0
超弹型钛镍合金TiNi-ss5oC-15oC 丝Φ0.1-4.0Q/XB151 6通信天线、眼镜架、文胸托 架等 棒Φ4.0-10.0 板δ0.1-5.0 Q/XB151 6 低温超弹性钛镍合 金TN3<5oC 丝Φ0.1-4.0Q/XB151 6 通信天线、眼镜架、文胸托 架等 棒Φ4.0-10.0 低温超弹性钛镍合 金TNC<-15oC 丝Φ0.1-4.0Q/XB151 6 通信天线、眼镜架、文胸托 架等 棒Φ4.0-10.0 医用钛镍合金TiNi-yy33oC±3oC 丝Φ0.1-4.0 Q/XB152 接骨板、骑缝钉、编织网支 架、矫行丝、医用导引丝等棒Φ4.0-10.0 板δ0.1-5.0 窄滞后钛镍合金TiNiCu As-Ms≤5oC 丝Φ0.1-4.0 温控元器件等棒Φ4.0-10.0 宽滞后钛镍合金TiNiNb As-Ms<150o C 丝Φ0.1-4.0 管接头、紧固环等
形状记忆合金的应用现状与发展趋势 摘要：综述了形状记忆合金的发展概况，简要介绍了形状记忆合金在不同领域的应用现状，分析了当前形状记忆合金研究中存在的问题，指出了今后的发展前景与研究方向。 关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 一、引言 形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 二、形状记忆合金的发展史与现状 在金属中发现现状记忆效应最早追溯到20世纪30年代。1938年。当时美国的 Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联的Kurdiumov对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read 在Au47·5Cd(％原子)合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化发生迁动。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1963年，美国海军武器实验室的Buehler等人发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断[1]。
形状记忆合金性能及其应用 摘要：形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以 及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本 构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。形状记忆合金作为一种特殊的新型功能 材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 关键字：形状记忆合金形状记忆合金效应分类应用 1形状记忆合金简介 1.1 形状记忆材料是指具有形状记忆效应(shape memory effect，简称SME)的材料。形 状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的 外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。通常称有SME的金属材料为形状记忆合金(shape memory alloys，简称SMA)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 1.2 至今为止发现的记忆合金体系： 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、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。 1.3 形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过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"，其实用价值相当广泛，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。 2形状记忆合金效应分类 2.1 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
本文摘自再生资源回收 密封条橡胶材料有哪些 1、丁腈橡胶： 具有优良的耐燃料油及芳香溶剂等性能，但不耐酮，酯和氯化氢等介质，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡胶为主。 2、氟橡胶： 具有突出的耐热（200～250℃），耐油性能，可用于制造气缸套密封圈，胶碗和旋转唇形密封圈，能显着地提高使用时间。 3、硅橡胶： 具有突出的耐高低温，耐臭氧及耐天候老化性能，在－70～260℃的工作温度范围内能保持其特有的使用弹性及耐臭氧，耐天候等优点，适宜制作热机构中所需的密封垫，如强光源灯罩密封衬圈，阀垫等。由于硅橡胶不耐油，机械强度低，价格昂贵，因此不宜制作耐油密封制品。 4、天然橡胶： 与多数合成橡胶相比，具有良好的综合力学性能，耐寒性，较高的回弹性及耐磨性。天然橡胶不耐矿物油，但在植物油和醇类中较稳定。在以正丁醇与精制蓖麻油混合液体组成的制动液的液压制动系统中作为密封件的胶碗，胶圈均用天然橡胶制造，一般密封胶也常用天然橡胶制造。 5、氯丁橡胶： 具有良好的耐油和耐溶剂性能。它有较好的耐齿轮油和变压器油性能，但不耐芳香族油。氯丁橡胶还具有优良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡胶的交联断裂温度在200℃以上，通常用氯丁橡胶制作门窗密封条。氯丁橡胶对于无机酸也具有良好的耐腐蚀性。此外，由于氯丁橡胶还具有良好的挠曲性和不透气性，可制成膜片和真空用的密封制品。 6、三元乙丙橡胶： 主链是不含双键的完全饱和的直链型结构，其侧链上有二烯泾，这样就可用硫磺硫化。三元乙丙橡胶具有优良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐热性（可在120℃环境中长期使用），耐化学性（如醇，酸，强碱，氧化剂），但不耐脂肪族和芳香族类溶剂
形状记忆合金 摘要：扼要地叙述了形状记忆合金及其机理, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 引言：有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ,简称为SMA) ,这种能力亦称为形状记忆效应(Shape Memory Effect , 简称为SME) 。通常,SMA 低温时因外加应力产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）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。 一、形状记忆合金的发展史 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，
?形状记忆效应：具有一定形状的固体材料(通常是具有热弹性马氏体相变的材料)，在某一温度下(处于马氏体状态M f 进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度(通常是该材料马氏体完全消失温度A f )上时，材料恢复到变形前的初板条马氏体 钢的淬火 5
?Monoclinic Crystal Structure Twinned Martensite 自协作马氏体Detwinned Martensite 非自协作马氏体 8 发生塑性变形后，经加热到 某一温度后能够恢复变形， 马氏体在外力下变形成某一 特定形状，加热时已发生形 变的马氏体会回到原来奥氏 形状记忆效应过 程的示意图 马氏体相变热力学 相变产生，M相的化学自由能必须 ，不过冷到适当低于T0(A相和M相化学自由 的温度，相变不能进行， 必须过热到适当高于T0的温度，相变才 马氏体相和母相化学自 11 马氏体相变热力学 低于M s 温度下，马氏体形成以后，界面上的弹性变形随着马氏体的长大而增加； 当表面能、弹性变形能及共格界面能等能量消耗的增加与变化学自由能的减少相等时，马氏体和母相间达到热弹性平衡状态，马氏体停止长大。 CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体又继续长大，也可能出现新的马氏体生长。 温度升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩。 CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)
16伪弹性应力应变示意图 17f (a) Shape Memory Effect (b) Superelasticity
[100][111] 冷却 形状记忆效应的三种形式 (a)单程(b)双程(c)全程 22 （a）马氏体状态下未变形 （b）马氏体状态下已变形 ）放入热水中，高温下恢复奥氏体状态，形状完全恢复 单程TiNi记忆合金弹簧的动作变化情况 24
形状记忆合金 之一镍-钛合金 形状记忆效应 生物相容性 应用：牙齿校正丝 脊柱侧弯矫形 牙齿矫形丝用超弹性TiNi 合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝，其中用超弹性TiNi 合金丝是最适宜的。通常牙齿矫形用不锈钢丝CoCr 合金丝，但这些材料有弹性模量高，弹性应变小的缺点。为了给出适宜的矫正力，在矫正前就要加工成弓形，而且结扎固定要求熟练。如果用TiNi 合金作牙齿矫形丝，即使应变高达10%也不会产生塑性变形，而且应力诱发马氏体相变(stress-induced martensite)使弹性模量呈现非线型特性，即应变增大时矫正力波动很少。这种材料不仅操作简单，疗效好，也可减轻患者不适感。 脊柱侧弯矫形各种脊柱侧弯症(先天性、习惯性、神经性、佝偻病性、特发性等)疾病，不仅身心受到严重损伤，而且内脏也受到压迫，所以有必要进行外科手术矫形。目前这种手术采用不锈钢制哈伦敦棒矫形，在手术中安放矫形棒时，要求固定后脊柱受到的矫正力保持在30~40kg以下，一但受力过大，矫形棒就会破坏，结果不仅是脊柱，而且连神经也有受损伤的危险。同时存在矫形棒安放后矫正力会随时间变化，大约矫正力降到初始时的30%时，就需要再进行手术调整矫正力，这样给患者在精神和肉体上都造成极大痛苦。采用形状记忆合金制作的哈伦顿棒，只需要进行一次安放矫形棒固定。如果矫形棒的矫正力有变化，以通过体外加热形状记忆合金，把温度升高到比体温约高5℃，就能恢复足够的矫正力。 恒温阀芯采用形状记忆合金（SMA）弹簧。 SMA恒温阀芯中最重要的零件就是形状记忆合金弹簧，它外观上与普通弹簧相差不大，但这种以镍钛合金制成的形状记忆合金弹簧融合了当今世界上最尖端的合金技术。合金的形状记忆效应原理虽然并不深奥，但要将它大规模应用到精密零件中则需要有高度的技术和工艺。 SMA恒温阀芯不仅反应速度极快，而且温度瞬间超越值被控制在2℃以下，这样就大大提高了淋浴的舒适性。而且，SMA恒温阀芯在40℃附近的反应极其灵敏，可满足使用者进行无级微调的需要。 在SMA恒温阀芯中，形状记忆合金弹簧本身既作为感温元件，同时又有推动活塞来调节冷热水混合作用，而且混合后的水也可以穿过弹簧，这样就节省了宝贵的空间，使恒温阀芯变得更加精巧。 目前世界上只有KAKUDAI等4家日本公司成功开发出SMA恒温龙头。 恒温阀芯作为一种核心装置，被普遍应用于恒温热水器和恒温水龙头中。 当热水或冷水的水压突然发生变化时，或者热水的温度突然发生变化的时候，恒温调节阀芯即可在很短的时间内自动平衡冷水和热水的水压，以保持出水温度的稳定，完全不需要进行人工调节。
四、常用橡胶的特性和用途 1、天然橡胶(NR) 主要特性:为异戊二烯聚合物,其回弹性、拉伸强度、伸长率、耐磨、耐撕裂和压缩永久变形均优于大多数合成橡胶,但不耐油,耐天候、臭氧、氧的性能较差. 用途:使用温度为-60～100℃,适用于制作轮胎、减震零件、缓冲绳和密封零件等。 2、丁苯橡胶（SBR） 主要特性：为丁二烯和苯乙烯共聚物，有良好的耐寒、耐磨性、价格低，但不耐油，抗老化性能较差。 用途：使用温度为-60～120℃,适用制作轮胎和密封零件。 3、丁二烯橡胶（BR） 主要特性：为丁二烯聚合物，耐寒、耐磨、回弹性好，也不耐油、不耐老化。 用途：使用温度为-70～100℃,适用于制作轮胎、密封零件、减震件、胶带和胶管。 4、氯丁橡胶（CR） 主要特性：为氯丁二烯聚合物，拉伸强度、伸长率、回弹性优良，耐天候、耐臭氧老化；耐油性仅次于丁晴橡胶，但不耐合成双酯润滑油及磷酸酯液压油，与金属和织物粘结性好。 用途：使用温度为-35～130℃,适用制作密封圈及其他密封型材、胶管、涂层、电线绝缘层、胶布及配制胶粘胶等。
5、丁晴橡胶（NBR） 主要特性：为丁二烯与丙烯脯共聚物，耐油、耐热、耐磨性好，不耐天候、臭氧老化，也不耐磷酸酯液压油。 用途：使用温度为-55～130℃,适用制作各种耐油密封零件、膜片、胶管和油箱。 6、乙丙橡胶（EPM）（EPDM） 主要特性：EPM为乙烯、丙烯共聚物，EPDM为再加二烯类烯烃共聚物，耐天候、臭氧老化，耐蒸汽、磷酸脂液压油、酸、碱以及火箭燃料和氧化剂；电绝缘性能优良，但不耐石油基油类。 用途：使用温度为-60～150℃,适用作磷酸酯液油系统密封件，胶管及飞机门窗密封型材、胶布和电线绝缘层。 7、丁基橡胶（IIR） 主要特性：为异丁烯和异戊二烯共聚物，耐天候、臭氧老化、耐磷酸酯液压油、耐酸碱、火箭燃料及氧化剂，介电性能和绝缘性能优良，透气性极小，但不耐石油基油类。 用途：使用温度为-60～150℃,适用制作汽车内胎、门窗密封条、磷酸酯液压油系统的密封件，胶客、电线和绝缘层。 8、氯磺化聚乙烯橡胶（CSM） 主要特性：耐天候及臭老化，耐油性随含氯量增大而增大，耐酸、碱。 用途：使用温度为-50～150℃,适用制作胶布、电缆套管、垫圈、防腐涂层及软油箱外壁。
形状记忆合金未来展望 一、引言 形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应。 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 二、形状记忆合金的发展史与现状 在金属中发现现状记忆效应最早追溯到20世纪30年代。1938年。当时美国的 Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联的Kurdiumov对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read在Au47·5Cd合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化发生迁动。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1963年，美国海军武器实验室的Buehler等人发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断。 1969年，Rsychem公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于美国
F14 战斗机上；1970年，美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。这些应用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开发。20世纪7 年代，相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形状记忆合金；80 年代开发出了Fe-Mn-Si 基、不锈钢基等铁基形状记忆合金，由于其成本低廉、加工简便而引起材料工作者的极大兴趣。从20世纪90 年代至今，高温形状记忆合金、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已成为研究热点。 从SMA 的发现至今已有四十余年历史，美国、日本等国家对SMA 的研究和应用开发已较为成熟，同时也较早地实现了SMA 的产业化。我国从上世纪70 年代末才开始对SMA 的研究工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面，特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得到国际学术界的公认，在应用开发上也有一些独到的成果。但是，由于研究条件的限制，在SMA 的基础理论和材料科学方面的研究我国与国际先进水平尚有一定差距，尤其是在SMA 产业化和工程应用方面与国外差距较大。近十年来，我国在SMA的应用和开发方面更是取得了长足进步。现在，我国的SMA产业化进程方兴未艾，国内涌现了一大批以SMA原料及产品为主要生产、经营项目的高科技公司。可以预见，未来几年我国SMA的研究和应用开发将会有令人瞩目的发展，甚至可能出现较大突破。 SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相
形状记忆合金及应用 XXX （化学化工学院材料化学材料化学1001） 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，本文扼要地叙述了形状记忆合金及其机理以及在一些领域的应用。 关键词形状记忆合金原理应用 Abstract The shape memory effect since the 1930s reported gradually get people's attention and application, this paper briefly describes the application of shape memory alloy and its mechanism, and in some areas. Key words Shape memory alloys Principle Application 1.引言 形状记忆合金( Shape Memory Alloy, 简称SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后, 通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金是一类具有形状记忆性能的合金, 其主要特征是具有形状记忆效应（SME）[1]。研究表明, 很多合金材料都具有SME, 但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的, 才具有利用价值。到目前为止, 应用得最多的是Ni-Ti合金和铜基合金( CuZnAl 和CuAlNi) 。 2.SMA 2.1 发现历史 形状记忆效应是张禄经和Read在1951年在AuCd合金中最早观察到的[2], 直到1963年Buehler的课题组在Ni-Ti合金中发现了类似的形状记忆效应之后[3],才真正引起很多科学家的重视。 2.2 晶体学特性 SME 的本质是合金中的热弹性马氏体相变[4]。马氏体相变发生的能量条件是马氏体的化学自由能必须比母相的低。也就是说,只有当母相过冷到马氏体相与母相化学自由能平衡温度T0以下适当温度Ms 时,马氏体将长大,直到热化学自由能和弹性非化学自由能两者之差最小时,马氏体的生长过程才告结束。同样,只有当马氏体过热到T0以上温度As 时, 在相变驱动力作用下, 马氏体缩小的逆转变过程才能开始。这种马氏体的长大或缩小受热效应和弹性效应两因素平衡条件的制约的相变称为“热弹性马氏体相变”。相变并不是发生在某一温度点, 而是一个温度范围, 不同的合金系具有不同的温度范围。 图1 相变温度曲线 图( 1) 显示了相变特性及相变循环中的关键点, 其中Ms, Mf为马氏体相变的开始和结束时的温度, As,Af为逆相变的起始和结束温度,人们通常用相变温度Af表征合金的特性。多数的合金, 相变发生在较窄的温度范围内, 而且伴随着滞后现象,以致加热与冷却的转变过
铁磁形状记忆合金Ni-Fe-Ga及Ni-Mn-(In,Sn,Sb)第一原理研究铁磁形状记忆合金是一种新型的智能驱动材料,在具有最高可达10%的磁致应变同时有着丰富的物理效应如巨磁阻、巨磁热和交换偏置效应等。此类合金的这些优良的物理特性使其具有巨大的开发潜力,可应用在驱动器、传感器和磁制冷等领域,从而成为目前国际金属材料和凝聚态物理研究领域的热点。本论文使用第一原理计算的方法,研究了铁磁形状记忆合金Ni-Fe-Ga的磁各向异性和 Ni-Mn-(In,Sn,Sb)合金的变磁性转变性质,从理论计算出发验证了磁致应变发生的条件和探究了变磁性转变与合金成分及其与主族元素 的关系,并讨论了第一原理计算方法在预测新型形状记忆合金中的应用。首先,本论文使用第一原理系统地计算了 Ni2FeGa合金的结构、弹性、磁弹性和晶格动力学性质。发现计算所得的Ni2FeGa合金的弹性常数、各向同性弹性模量和德拜温度与实验和其他计算结果相符,并且得到的弹性常数和磁弹常数可以用在进一步的相场模拟中。进一步我们使用包含自旋轨道耦合效应的密度泛函方法计算了 Ni2X(X=Mn,Fe,Co)Ga合金的磁各向异性能,通过态密度分析解释了Fedxy+dyz电子在费米能级附近的移动导致了 Ni2FeGa易磁化轴随 着应变变化。以Ni2MnGa和Ni2FeGa合金为例,通过比较第一原理计算所得的孪生应力和磁应力的大小,验证了决定能否在马氏体相产生磁致应变的条件。表明通过第一原理计算得到磁应力的大小可作为寻找新型铁磁形状记忆合金的一个判据。其次,本文使用第一原理研究了 Mn和Co原子掺杂Ni2MnZ(Z=In,Sn,Sb)合金的结构、相稳定性和
高分子形状记忆合金的发展及趋势 摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 1.形状记忆分子材料的特性 形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 1.1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。 1.2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。 1.3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。 2.形状记忆效应的应用 迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类: 2.1.自由回复 SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局(NASA) 将Ti2Ni
乐普（北京）医疗器械股份有限公司 独立董事关于公司使用超募资金9900万元增资全资子公司上海形状记忆合金材料有限公司的独立意见 我们作为乐普（北京）医疗器械股份有限公司（以下简称：公司）的独立董事参加了公司于2011年10月21日召开的第二届董事会第五次会议。我们认真阅读了相关会议资料，并经讨论后发表独立意见如下： 一、公司超募资金的现状 2009年公司在深圳创业板成功上市，共募集资金总额118,900万元，募集资金净额113,951.31万元，其中超募资金62,278.31万元。目前，公司超募资金尚剩余21,850.31万元。 二、增资方案及审议情况 经公司前期反复调研论证后提出《关于公司使用超募资金9900万元增资全资子公司上海形状记忆合金材料有限公司》的议案，该增资方案计划共使用超募资金9900万元，全部用于增加上海形状注册资本金，增资后注册资本将达到1亿元；增资主要用于上海形状封堵器、输送装置等相关产品生产能力的扩建。以上方案于2011年10月21日经公司第二届董事会第五次会议、第二届监事会第五次会议审议通过。本次增资资金来源均为超募资金。 三、主要意见 我们认为：公司提出《关于公司使用超募资金9900万元增资全资子公司上海形状记忆合金材料有限公司》的超募资金使用计划，是上海形状业务发展的需要，符合公司整体发展战略。同时，本次超募资金的使用计划和决策程序符合《创业板上市公司规范运作指导》、《创业板信息披露业务备忘录1号—超募资金使用（修订）》等法律法规的规定。 因此，我们全体独立董事一致同意公司《关于公司使用超募资金9900万元增资全资子公司上海形状记忆合金材料有限公司》的议案。
HGT 2811-1996 旋转轴唇形密封圈橡胶材料HG/T 2811一1996 ..a.&.. ... ‘国目。吕 本标准非等效果用现行日本工业标准 JIS B 2402--1976 泊封第 6 章并结合国情对 GB 7040--86 修订的. 本修订稿与 JI~ B 2402 第 6 章的主要差异: 一一增加了橡胶材料的原始性能: 一一增加了硅橡胶和氟橡胶两类材料; 一一将耐寒性改为脆性温度. 本标准是首次对 GB 704←-86 进行修订，修订后的技术内容主要有以下改变: 一一增加了丙烯酸醋橡胶和硅橡胶两类材料; 一一调整了部分项目的试验条件及性能指标. 本标准从生效之日起，原 GB 704←-86 作废. 本标准由中华人民共和国化学工业部技术监督司提出. 本标准由化学工业部西北橡胶工业制品研究所归口. 本标准起草单位:化学王业部西北橡胶工业制品研究所、宜昌中南橡胶厂、东风汽车密封件厂. 本标准主要起草人:王宝永、王文福、郝富森、张小林、吴志毅. 7 中华人民共和国化工行业标准
HG / T 2811-1996 旋转轴唇形密封圈橡胶材料 1 范围 本标准规定了旋转轴唇形密封圈用橡胶材料的分类、要求、抽样、试验方法及标志、标签、包 装、贮存. 本标准适用于旋转轴唇形密封圈橡胶材料. 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文.本标准出版时，所示版本 均为有效.所有标准都会被修订.使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性. GB/T 528?? 2 硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定 GB/T 531-?? 2 硫化橡胶邵尔 A 硬度试验方法 (neq ISO 7619: 1986) GB/T 1682-82 (89) 硫化橡胶脆性温度试验方法 GB/T 1690-?? 2 硫化橡胶耐液体试验方法 (neq ISO 1817: 1985) GB /T 3512-83 仰的橡胶热空气老化试验方法 (neq ISO 188: 1976) GB/Tω31-85 硫化橡胶国际硬度的测定 (30- 85 IRHD) 常规试验法(eqv ISO 48: 1979) GB / T 7535-87 硫化橡胶分类分类系统说明 (neq ISO 4632. 1 : 1982)
浅谈形状记忆合金材料 引言：时代的发展与材料的发展是相辅相成的。随着科学技术的进步,材料研究变得尤为重要。现如今材料的研究越来越专业化，并且逐渐倾向于功能化、多样性。例如形状记忆材料就是一种典型的新型功能材料。形状记忆材料是指具有形状记忆效应的金属、陶瓷和高分子等材料,在高温下材料形成一种形状,在冷却到低温时会塑性变形成为另外一种形状,如果对材料进行加热,通过马氏体的逆相变,又可以恢复到高温时的形状,这就是形状记忆效应。 一、形状记忆合金及形状记忆效应 形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,其中形状记忆合金是形状记忆材料中较为重要的材料之一。形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。 1、形状记忆合金分类 到目前为止，被开发出来的形状记忆合金主要是Ti-Ni基、Cu 基与Fe基三种。在这三大类中，根据不同的要求和工作环境，分别在基体中加入和调整一些合金元素的量，使得每一个大类中都有一系列合金被开发出来，应用在各行各业，以满足各种不同的特殊需求。
（a）Ti-Ni形状记忆合金开发的最早，形状记忆效应最稳定， 相对比较成熟，已在航天工业、汽车工业、电子工业、医学及人类生活领域获得应用。但由于其原材料Ni 、Ti价格昂贵，且加工成本 高等因素，其应用受到限制。 （b）Cu基形状记忆合金因价格便宜、原材料来源广泛、易于加工和制造等原因而得到迅速发展。铜基形状记忆合金是这三类合金中种类最多的一类，但有实际应用价值的目前只有Cu-Zn-Al和 Cu-Al-Ni两种。 （c）Fe基形状记忆合金发展较晚，成本较Ti-Ni系和铜系合金低得多，易于加工，在应用方面具有明显的竞争优势，被认为是一种具有广泛应用前景的功能材料，受到广泛的关注。 2、呈现形状记忆效应的合金的必备条件 （a）马氏体相变只限于驱动力极小的热弹性型，即马氏体与母 相之间的界面的移动是完全可逆的 （b）合金中的异类原子在母相与马氏体中必须为有序结构 （c）马氏体相变在晶体学上是完全可逆的 3、状记忆效应的分类 （a）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。 （b）双程记忆效应