恢复力与SMA记忆合金自复位能力之浅谈

题目：关于形态记忆合金的研究进展摘要：形态记忆合金是新兴的材料，本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。

记忆合金作为一种使用价值比较广泛额材料，我们有理由相信形状记忆合金的发展前途是相当广泛的，也必将造福于人类。

此外，通过这些介绍使人们能够真正的理解和认识这种新的材料——形态记忆合金。

关键字：：形状记忆合金、探索、各领域应用、形状记忆合金效应正文：一，形态记忆合金简介。

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) 。

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,并获得了广泛关注。

二、形态记忆合金分类及原理形态记忆合金种类繁多，在现在情况来看，记忆合金主要分为以下几种：（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。

（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。

（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。

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。

形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是指在外力驱动下可以产生形状记忆效应的金属合金，其最重要的特性是在一定范围内可以自恢复原始形状，同时具备优异的力学性能、良好的耐腐蚀性能及高温稳定性等优点。

SMA最早是在1962年由William Buehler 提出的，自此以后，SMA就被广泛研究并应用于不同领域。

SMA的特性是由其所具备的晶体结构和相变特性所决定的，SMA常见的结构类型有Cu-Zn-Al、Ni-Ti、Cu-Al-Ni、Fe-Mn-Si等。

其中，最为常用的是Ni-Ti SMA，这种合金具有良好的形状记忆效应和超弹性特性，是目前最为常用的SMA之一。

当SMA处于高温相（austenite相）时，晶体结构稳定，SMA可以被加工成任意形状。

当外界作用力使SMA在相变温度下降到低温相（martensite相），晶体结构失稳，原本具有的形状记忆效应就会被激发出来。

这种相变是可逆的，可以产生与消失形状记忆效应，从而使SMA表现出自修复、自调整和自适应等功能，被广泛应用于机械、微机电、汽车、医疗等领域。

SMA在机械系统中有广泛应用，例如：在阀门、制动系统、传感器和运动控制系统中使用的SMA弹簧、阀杆、马达和块体，以及金属粉末成型制造的SMA零件，可以安装在汽车和航空航天系统上，在温度和振动变化等条件下，能保障系统的性能稳定和安全可靠。

SMA在医疗系统中的应用也非常广泛，例如利用SMA刀具控制机械手的运动，可以在手术中进行精确的切割和缝合。

同时，利用SMA在不同温度下的形状变化，可以制造热敏支架、热敏钩子和热敏衬垫等医疗器械，可以在体内完成自动放置和释放、自由展开和收缩等操作，很好地解决了手术中的一些难题。

SMA还广泛应用于微纳机电系统（MEMS）中，例如利用SMA薄片可控制悬臂梁的挠度和弯曲，从而实现无线通信、火灾预警、生物传感和关节外科等微型器件。

此外，利用SMA 的变形能力和自恢复特性，也可以制造可变形的电缆、活塞和电子插头等调节设备，实现快速、准确、稳定和可靠的微调控制。

形状记忆合金的制备及性能研究形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种能够自主恢复形状的金属材料，具有广泛的应用领域，比如航空、汽车、医疗器械等。

它能够在外力或热力刺激下发生可逆形变，因此又被称为“记忆合金”。

下面，我们就来详细探讨一下形状记忆合金的制备及性能研究。

一、形状记忆合金的制备方法1. 等离子弧熔炼法等离子弧熔炼法是一种将纯金属或合金加热、熔化后急速冷却的方法。

这种制备方法能够制造出比较均匀的形状记忆合金，但是成本比较高。

2. 电弧熔炼法电弧熔炼法是将金属棒、丝等导体加热到熔点后用弧线将其喷出，制造出形状记忆合金的方法。

这种制备方法成本较低，但是合金的质量不如等离子弧熔炼法制造的优质。

3. 热机械变形法热机械变形法是将金属坯料加热到合金的相变温度，然后进行拉伸、压缩、扭转等变形，形成指定形状的铸锭。

这种方法能够制造成形状记忆合金的微型结构，生产成本较低。

二、形状记忆合金的性能研究1. 快速回弹性能形状记忆合金的快速回弹性能是指在外力作用下快速恢复原始形状的能力。

该性能的研究方法为采用脉冲能量、过冷膨胀等测试方法进行实验研究，该性能的提高会大大提高形状记忆合金的实际使用效果。

2. 环境适应性能形状记忆合金应用于不同的环境条件，温湿度等变化对其硬度、弹性等性能都会产生影响。

而形状记忆合金的适应环境条件的能力，是提高其实际使用寿命的关键。

3. 相变行为相变行为是指形状记忆合金在受到外界刺激时，发生相变的过程。

具体研究方法包括差示扫描量热、X射线衍射、电阻变化等方法。

相变行为对形状记忆合金的应用性能具有至关重要的影响。

总之，形状记忆合金作为一种高性能合金材料，在航空、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用。

其制备方法和性能研究是提高其工业化应用的关键。

未来，需要进一步研究和探索形状记忆合金的制备方法和性能变化机理，推动其更广泛的应用。

形状记忆合金原理
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种具有形状记
忆能力的特殊合金，其在受到应力或变形后可以自动回复到原来任意形状
和尺寸，是一种智能材料。

一般由钢等热处理后形成的高强度合金，如果
该合金中包括一定量的特殊金属元素铬、锰、钛、铅、铝等，就会具有形
状记忆能力。

具体原理是在合金中特殊元素受热后，在温度上出现两个转
变点，这两个转变点两侧的金属组织具有不同的结构和性能，其中一种结
构可以被一定程度地力学变形，而另一种结构则拥有更高的强度和刚性，
其可以抵抗变形，形状记忆合金在室温处于抗变形组织状态，在100℃之
下则又处于可变形状态，这时原有形状受到改变变形，当金属回到室温时，它又可以恢复原来的形状。

记忆合金材料的研究与发展记忆合金材料（Shape Memory Alloy，SMA）是一种具有形状记忆性和超弹性的材料，它具有广泛的应用前景，可以用于医疗、航空、汽车、建造等诸多领域。

SMA的形状记忆性是指该材料可以在受到外力变形后自动恢复到原来形态，而超弹性是指SMA可以在受到外力时发生超弹性变形，这些独特的特性使得SMA备受瞩目。

SMA的研究起源于20世纪早期，当时，D. Goldstein和A. L. Greer等人随机发现了这种神奇的记忆合金材料。

之后，SMA一直得到全球科学家们的研究和应用。

在过去二十多年的发展过程中，SMA材料已经被广泛运用于航空、汽车、建造、医疗领域等，其中最重要的是航空领域。

SMA材料在航空领域中的作用是可以辅助机翼、空气扰流板等附加部件的自适应变形，以增加机翼的升力和空气动力性能，达到节能效果。

此外，也可以用SMA材料制成机身内部附加支撑系统，保证机身的安全性。

近年来，随着SMA材料的不断改进和应用范围的不断扩大，SMA已经被应用于飞机引擎领域，为飞机制造业带来了巨大的发展机遇。

在汽车制造领域，SMA材料的应用也已经起步。

其主要应用是利用SMA的超弹性和形状记忆性能为汽车制造节能和安全的新材料。

目前，美国通用电气公司已经利用SMA材料研制出一种称之为“Smart Metal”的新型材料，这种材料可以自动调节发动机控制系统，增加汽车的燃油效率和降低排放量。

在建造领域，SMA材料也已经被应用，并取得了一定的成果。

一些大型建筑物，如体育场馆、展览馆、博物馆等都有突出的结构形态和设计需求，SMA材料的结构可实现形状记忆，可用于地震防护、气候适应以及大跨度建筑物中的柱子、梁、拱。

医疗领域是SMA材料的另一大应用领域。

如果将SMA材料放入人体内，当材料受到体温、pH或磁场等外界刺激时，材料即可发生相应的变化，可用于制造支撑、夹持、植入等医用器械方面。

目前，SMA材料的研究和发展已经取得了重大的进展，但是，SMA材料的研究难度大，应用领域复杂，商业化应用仍处于发展初级阶段。

摘要形状记忆合金是一种在结构振动控制领域具有广泛应用前景的智能材料。

本文介绍形状记忆合金最显著的两个性质：状记忆效应和超弹性，并详细的总结了形状记忆合金在结构振动控制中的应用。

关键字：形状记忆合金；减振；应用ABSTRACTThe shape memory alloy is an intelligent material，which has a goodprospect in the field of structural vibration control．This thesis introduces that the shape memory alloy has two very important characteristics：shape memory effect and super elastic，and an overview of SMA applications in structuralvibration control are summarized．KEYWORDS：Shape memory alloy；Damping；Application1 前言形状记忆合金(Shape Memory Alloys,简称SMAs)是一种具有多种特殊力学性能的新型功能材料,利用形状记忆合金超弹性效应(Superelastic Effect,简称SE)设计的被动耗能器与其他的金属耗能器相比,具有耐久性和耐腐蚀性能好、使用期限长、允许大变形并且变形可回复等一系列优点,因此在结构振动控制领域具有很好的应用前景[1-4]。

形状记忆合金被设计成耗能器用于土木工程结构的振动控制是从上世纪90年代初开始的,并且到目前为止,大多数研究主要针对形状记忆合金的超弹性性能展开。

例如,Graesser[5]等人提出的用于桥梁结构的2 形状记忆合金的发展历程形状记忆合金的形状记忆效应早在1932年就被美国学者Olander在AuCd 合金中发现了，在1948年苏联学者库尔久莫夫等曾预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变，在1951年张禄经和T.A.Read报道了原子比为1:1的CsCI型AuCd合金在热循环中会反复出现可逆相变，但是都未引起人们足够的注意。

形状记忆合金论文[优质文档]形状记忆合金形状记忆合金(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”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在1952年作出的。

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，不断丰富和完善了马氏体相变理论。

在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，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。

二、形状记忆效应机理将变形马氏体加热到As点以上，马氏体发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低，转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一个位向—母相原来的位向。

尤其当母相为长程有序时，更是如此。

当自适应马氏体片群中不同变体存在强的力学偶时，形成单一位向的母相倾向更大。

逆转变完成后，便完全回复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢复。

注意:以上原理只适合热弹性，而半热弹性记忆合金主要是由Shockley不全位错的可逆移动引起。

变性的三种形式三、形状记忆效应的分类经过广泛研究,到目前为止,具有SME 的合金可归纳为以下几类: a) Ni2Ti 系,包括等原子Ni-Ti , Ti-Ni-X(X = Fe ,Al ,Co) ; b) 铜系, 包括Cu-Zn 系, 如Cu-Zn , Cu-Zn-X(X = Si ,Al , Sn) ; Cu-Al 系, 如Cu-Al2 , Ni ; Cu2Al2c) 其他有色金属系, 如Co-Ni , Ti-Nb ,Au-Cu-Zn ,Au-Cd ,Ag-Cd , In-Ti 等;d) 铁基合金,如Fe-Pt ,Fe-Ni-Co ,Fe-Mn-Si ,Fe-Ni-Co-Ti ,Fe-Mn-C 及不锈钢等。

材料科学中的形状记忆合金应用随着科技的不断进步和发展，材料科学在现代产业中扮演着越来越重要的角色。

形状记忆合金作为一种新型材料，在各个领域都有着广泛的应用。

本文将重点介绍形状记忆合金的特点及其应用于生产制造和医疗领域的情况。

一、形状记忆合金的概述形状记忆合金，简称SMA，是一种具有记忆性能的智能材料。

它可以在外界条件变化的刺激下，通过膨胀、收缩、扭曲等形变，以回忆并恢复其预先设定的原始形状。

SMA独特的性质使得它应用在许多领域中，如生产制造、医疗、航空航天等，是一种非常有前景的材料。

二、形状记忆合金的特点1、具有高延展性和强韧度SMA的延展性很强，硬度也相对较高，可以避免在形状改变时断裂或断裂。

这意味着SMA可以在复杂的情况下执行工作任务，例如微型操纵或机械器件的旋转。

2、恢复高频率形状SMA能够以高频率收缩和膨胀，这是因为它的形状记忆机制与传统材料不同。

SMA在变形时需要耗费能量，而这种能量可以显著地快速释放。

因此，在需要快速形状改变的应用中，SMA通常是首选的材料之一。

3、自修复特性优良当SMA遇到轻微的撞击或压力时，具有自我给排氧的能力，并且可以很容易地自我修复。

这种特性使得SMA可以在高压或高温环境下操作，提高了其使用寿命。

三、形状记忆合金在生产制造领域的应用1、飞机零部件SMA通常在飞机机翼等结构中应用，例如作为弯曲和伸缩的元件、使托架或座椅框架易弯曲的关节。

该材料也可以用于航空航天制造中的翼尖，具有改善飞机稳定性的作用。

2、汽车零部件SMA可以用于汽车安全气囊中。

当气囊装置被激活时，SMA 可将包含气囊的体积扩大至数倍，形状的恢复速度也非常快。

四、形状记忆合金在医疗领域的应用1、牙套SMA材料可以被用于矫正牙齿的牙套中。

与传统的钢丝相比，SMA具有更好的恢复能力，更容易适应患者口腔内的形态，可以更好地适应患者需求。

2、内科医学器械SMA也可以被用于泌尿科等领域中的医疗器械中。

例如，可以用SMA制作支架，帮助患者治疗排尿障碍和结石等疾病。

形状记忆合金的研究与展望摘要：形状记忆合金是新近崛起的一类高科技功能材料。

应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。

本文简要阐述了目前主要的形状记忆合金的类别及其影响形状记忆效应的因素。

关键词：形状记忆合金；形状记忆效应；马氏体相变引言形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）是新近崛起的一类高科技功能材料。

这类合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，能够大致上恢复至变形前的形状，这种所具有的回复原始形状的能力，称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)[1]。

自该合金发现以来，它以独特的形状记忆效应和超弹性（Superelasticity）而引起人们的注视，并正逐渐得到日益广泛的应用，并在数量上已经跃居马氏体相变研究的首位[2]。

形状记忆合金的应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。

在应用领域，其发展阶段大致经历了组分的变化及性能的提高。

NiTi合金和Cu基合金的开发应用主要集中在上世纪60~80年代，而铁基合金的开发应用相对较晚。

但是，这些合金的研究在今年来也一直受到关注，研究从未中断。

近年来形状记忆合金研究所取得的进展也主要体现在为NiTi，Cu基和Fe基形状记忆合金开发应用所进行的基础研究的探索上。

1. 形状记忆合金的分类1.1 钛镍形状记忆合金[3]1963年，W. Buehler等人在美国海军武器实验室发现了钛镍形状记忆合金具有可逆马氏体相变导致形状记忆效应[4]，随后引起了人们的极大兴趣，并很快得到应用。

迄今为止，有TiNi形状记忆合金的研究仍在不断地开展，在一系列的国际会议上，如马氏体相变国际会议（ICOMAT）、欧洲马氏体相变会议（ECOMAT）、形状记忆与超弹性国际会议（SMST），形状记忆材料国际会议（SMM）等，都占有很大比重，在有关智能材料和结构方面的国际会议上也占有一定比重。

钢筋混凝土框架结构中加入形状记忆合金的受力特性研究一、前言随着科技的不断进步和社会的不断发展，建筑结构的性能要求也越来越高。

而钢筋混凝土框架结构作为一种常见的建筑结构，其受力性能一直是研究的重点之一。

近年来，形状记忆合金在结构领域中的应用逐渐受到关注。

本文将探讨钢筋混凝土框架结构中加入形状记忆合金对其受力特性的影响。

二、形状记忆合金的概念和特性形状记忆合金（SMA）是一种可以在一定温度范围内改变形状的材料。

SMA具有回弹性、记忆性、超弹性等多种特性，可以应用于机械、医疗、建筑等领域。

在建筑领域中，SMA主要用于加固和修复结构，其作用是增强结构的刚度和强度。

常见的SMA包括铜锌铝合金、镍钛合金等。

三、钢筋混凝土框架结构中加入SMA的受力特性1.对结构的强度和刚度的影响在钢筋混凝土框架结构中加入SMA可以增强结构的强度和刚度。

SMA的回弹性和超弹性可以使结构在受到外力冲击时迅速恢复原状，从而减少结构的变形和破坏。

2.对结构的耐震性能的影响加入SMA可以改善结构的耐震性能。

SMA具有良好的记忆性，可以在结构发生变形时发挥作用。

当结构受到地震等外力冲击时，SMA可以通过形状记忆效应将变形降低到最小，并迅速恢复原状，从而有效地提高结构的抗震性能。

3.对结构的耐久性的影响SMA可以增强结构的耐久性。

SMA的超弹性和记忆性可以使结构在长期使用过程中保持稳定的状态，避免因为外力作用而导致的结构变形和破坏。

此外，SMA还具有抗腐蚀、耐热等特性，可以延长结构的使用寿命。

四、结论钢筋混凝土框架结构中加入形状记忆合金可以增强结构的强度、刚度和耐震性能，同时也可以提高结构的耐久性，具有良好的应用前景。

但是需要注意的是，SMA的成本较高，在实际应用中需要根据具体情况进行综合考虑。