马氏体相变与形状记忆合金参考幻灯片

合金产生宏观变形 变形随之消失
变形在Ms以上进行 无双程记忆效应
形状记忆
形状记忆合金的应用
阿波罗11号——天线
机械应用
自控元件
形状记忆合金制成的水龙头上的温度调节装置
制作发动机 利用形状记忆合金在高温、低温时发生相变，
产生形状的改变，并伴随极大的应力，实现机械能、 热能之间的相互转换。
课堂练习 简述形状记忆效应的种类及其特点。
形状记忆合金可以分为三种： 镍钛系 铜系 铁系
其性能见P51 表5-2
镍钛系
基本特点：记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好等 一系列的优点。但制造过程较复杂、价格高昂。
（一）Ti-Ni基记忆合金中的基本相和相变
母相是CsCl结构的体心立方晶体(B2)
铜系
基本特点：形状记忆效应好，价格便宜，易于加工制造， 但强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具有生物相容 性。 主要合金：主要由Cu-Zn和Cu-Al两个二元系发展而来
Cu-Zn合金的热弹性马氏体相变温度极低，通过加入Al, Ge, Si, Sn, Be可以有效的提高相变温度，由此发展了的Cu-ZnX(X= Al, Ge, Si, Sn, Be )三元合金。加入其它组元进一 步提高性能（多元合金）
基于高分子材料中分子链的 取向与分布的变化过程
分子链的取向与分布可 受光、电、热、或化学 物质等作用的控制
SMP 可 以 是 光 敏 、 热 敏 、 电敏等不同的类型。
形状记忆高分子（shape memory polymer, 简称SMP） 热敏型SMP的工作机制
课堂练习 简述形状记忆效应的种类及其基本特点
基于非热弹性可 逆马氏体相变
Fe-Mn-Si Fe-Ni-Si Fe-Cr-Si-Mn-Co

➢ 4、软磁性： 非晶态合金磁性材料具有高导磁率，高磁感, 低铁损和低矫顽力等特性，而且无磁各向异性。
➢ 5、其他性能：非晶态合金还具有好的催化特性，高的吸 氢能力，超导电性，低居里温度等特性，
3.2.2 非晶态合金的制备
原则上，所有金属熔体都可以通过急冷制成 非晶体。也就是说，只要冷却速度足够 快．使熔体中原子来不及作规则排列就完成 凝固过程，即可形成非晶态金属。
通常定义非晶态合金的短程有序区小于1.5nm，即不超过45个原子间距，从而与纳米晶或微晶相区别。
短程有序可分为化学短程有序和拓扑短程有序两类。
(1)化学短程有序。合金中的每一类合金元素原子周 围的原子化学组成均与合金的平均值不同，称化学短 程有序。实际获得的非晶态金属至少含有两个组元， 除了不同类原子的尺度差别、稳定相结构和原子长程 迁移率等因素以外，不同类原子之间的原子作用力在 非晶态合金的形成过程中起着重要作用。化学短程有 序的影响通常只局限于最近邻原子 。
但这类应用记忆衰减快、可靠性 差，不常用。
超弹性的应用。如弹簧、接线柱、 眼镜架等。
2） 医学应用
形状记忆合金在医学上也有应用。以Ni—Ti记忆 合金应用最有成效，由于Ni—Ti记忆合金具有良好 的生物相容性，而且在各种生理溶液或介质中有良 好的抗腐蚀性，我国已将其用于牙齿整畸、脊椎侧 弯哈氏棒、断骨愈合和妇女避孕环等，居世界先进 水平。有关用形状记亿合金制作人工心脏瓣膜、血 管过滤网、防止血栓的静脉过滤器等的研究，美国、 日本等国正在进行。
2）形状记忆效应(Shape Memory Effect)
具有形状记忆效应的材料，一般是两 种以上金属元素组成的合金，称为形状记 忆合金（SMA）。
形状记忆合金可以分为三种：
(1) 单程记忆效应

套 管收缩形成紧固 密封件
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超弹性的应用。如弹簧、接线柱、
眼镜架等。
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高技术应用：人造卫星天线
图 Ti-Ni形状记忆合金制造的人造卫星天线
美国宇航局的月面天线计划：
在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5
厘米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光
热弹性马氏体相变时伴随有形状的变化。
形状记忆效应的实质：
是在温度的作用下，材料内部热弹性马氏体形成、 变化、消失的相变过程的宏观表现。
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原子排列面的切应变
结构相同，位向 不同的马氏体
变形前后M 结构未变
变体界面移动， 相互吞食
形状记忆效应机制示意图
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（a）没放入热水前 (b) 放入热水后
(c)凉至室温后
双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况
以热水或热风为热源，开放温度为65℃~85℃，闭合温
度为室温。花蕾直径80mm,展开直径200mm。
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2.3.3 FI e基m 形状记a 忆g 合金e
分为两类：
（1）热弹性马氏体相变 Fe-Pt, Fe-Pd, Fe-Ni-Co-Ti合金等；
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No
2.3.2 I Cum 基形状a 记忆g 合金e
在已发现的形状记忆材料中铜基合金占的比例最 多，它们的一个共同点是母相均为体心立方结构。
主要由Cu-Zn和Cu-A1两个二元系发展而来。 通过第三元素可以有效地提高形状记忆

(1) 成分的影响
成分对相变温度的影
响非常大，Ti、Ni在
１：１ 附近微小的成
分改变可能引起相变
温度较大的变化，含
Ni量应控制在47—
51at％范围内，否则
合金便不存在形状记
忆效应。
第九章马氏体相变与形状记忆合金
加第三元素
第三元素取代部分Ti、Ni，可改变合金的形状 回复温度，也改变中间相的温度范围。
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第九章马氏体相变与形状记忆合金
第九章马氏体相变与形状记忆合金
§ 9.3 形状记忆合金
形状记忆合金：具有一定形状的合金，经塑性 变形改变了原始形状，但在热处理后能回复到原始形 状的合金材料。
形状记忆合金属热弹性马氏体相变材料。
第九章马氏体相变与形状记忆合金
按形状记忆功能
3. 热弹性马氏体相变的晶体学特征
相变时不发生局部塑性形变的二元及多元合金 才可能产生热弹性马氏体相变。
母相和马氏体相比容不同，只有当母相的弹性 足够高时，不至于在相变时产生局部塑性变形。
母相的有序化提高了母相的弹性极限，使母相不 产生局部塑性变形，也有利于马氏体向母相逆转变， 恢复到原来的形状。要求合金是有序点阵结构
第九章马氏体相变与形状记忆合金
马氏体转变的热力学 （一）马氏体转变的热力学 条件 1、相变驱动力
马氏体转变与其它类型 的转变有许多不同之处，但 仍然是热学性的，即相变的 驱动力仍是马氏体与母相之 间的体积自由能之差。
第九章马氏体相变与形状记忆合金
马氏体转变的热 力学条件是必须在一 定的过冷度下转变才 能进行。

25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
60、人民颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
弹性马氏体和形状记忆效应
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克