镍钛形状记忆合金材料的应用及发展

镍钛形状记忆合金在医学中的应用镍钛形状记忆合金在医学中的应用Application of nickel-titanium shape memory alloy inMedicine摘要:介绍了形状记忆合金几种重要特性及主要类型,重点综述了医用Ni-Ti形状记忆合金的发展现状及应用。

资料表明,现有记忆合金中仅有Ni-Ti合金能够同时满足化学和生物学可靠性要求,是目前医学上使用的唯一一种记忆合金。

因其具有奇特的形状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性,它在临床和医疗器械等方面获得了广泛的应用。

但由于缺乏系统的研究,对于可靠而有效的表面处理还缺乏统一的认识,因此,这方面的工作还亟待补充和完善。

关键词:形状记忆合金;Ni-Ti;医疗器械Abstract: This paper describes several important characteristics of shape memory alloys and the main types, focusing on the development status and application reviewed medical Ni-Ti shape memory alloys. Data indicate that only the existing memory alloys Ni-Ti alloy can meet reliability requirements of chemistry and biology, is the only kind of memory alloy for use in medicine. Because of its peculiar shape memory effect, bio-compatibility, super-elastic and excellent abrasion resistance, it has been widely applied in clinical and medical equipment. However, due to lack of systematic research, for reliable and effective surface treatment also lacks a unified understanding, so this work also needs to complement and complete.Keywords: shape memory alloy; Ni-Ti; Medical Devices0 引言形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是近几十年发展起来的一种新型功能材料。

"■-—= —-m~材料科学与工程学院《材料学科前沿》文献综述题目：钛镍记忆合金在医学领域的应用学生姓名：_________ 张鑫禾I」 _________学号：090601210 _________________专业：____________ 金属材料工程 ______评阅教师：__________________________"■-—= —-m~2012年4月钛镍记忆合金在医学领域的应用摘要：目前镍钛形状记忆合金研究论文数目已居马氏体相变研究领域之首, 而且该材料的应用已涉及诸如电子、机械、医疗、能源、宇航、及日常生活等领域, 显示出强劲的发展势头。

近几年来，在国内外掀起了钛镍合金临床推广应用的高潮。

关键词：钛镍形状记忆合金；基本性质；医学应用、尸■、亠前言钛镍形状记忆合金作为一种集感知和驱动为一体的新型功能材料, 是智能材料结构的重要组员[1], 具有重要的理论及应用研究价值。

钛镍形状记忆合金是一种强度高、耐腐蚀、生物相容性好、无毒、有医学应用前景的功能性材料它在低温相变形后，只需稍加20~300C的温度就能恢复母相所记忆的形状，其伸缩率在20%以上，疲劳寿命达107 次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，具有一般金属无法想象的性质。

因此，普遍应用于口腔科和骨科等诸多医学领域。

近些年来，钛镍记忆合金在治疗各类骨折中更是有着无可取代的重要作用。

下面我将介绍钛镍形状记忆合金的基本特性及在医学中的应用。

1、钛镍记忆合金的生物相容性生物相容性是形状记忆合金能否用于人体的最重要因素[2]。

生物相容性良好的材料在生物体内不会引起过敏反应,不会释放任何离子到生物体的血液中去; 在生物体长久存在而不会发生有害反应。

生物相容性和材料表面特性与生物体炎症及过敏反应密切相关。

许多因素, 如患者健康情况、年龄、免疫状态和材料特性（表面粗糙性、孔隙率、元素毒性）等都可影响人体炎症及过敏反应。

为了评价镍钛形状记忆合金的生物相容性, 防止应用后对机体产生危害, 许多研究对形状记忆合金的每一种元素进行了分析测试。

Ti-Ni基形状记忆合金的发展及应用青岛理工大学·土木工程学院·侯昭兵摘要：形状记忆合金是现代一种新型功能材料,本文介绍了Ti-Ni基记忆合金的的相关重要概念，并且详细介绍了Ti-Ni基合金的相变与性能特点及其影响因素，同时对其应用做了一定的描述。

综述了Ti-Ni基形状记忆合金最近的基础研究和应用研究进展，对Ti-Ni基形状记忆合金的马氏体相变以及Ti-Ni基高温形状记忆合金、Ti-Ni基形状记忆合金薄膜、Ti-Ni基复合材料以及Ti-Ni基形状记忆合金在航空航天等领域的应用进行了评述和归纳，结合Ti-Ni基形状记忆合金材料和应用研究取得的新进展，总结出目前其主要研究重点在于阐明其马氏体相变机理，提高形状记忆效应，改善高温形状记忆合金的冷热加工性能以及其工程和生物医学应用等方面认为多功能化，稳定化和集成化是当前Ti-Ni基形状记忆合金研究的主要发展趋势，最后展望了Ti-Ni基形状记忆合金的发展前景。

关键词：形状记忆合金、马氏体相变、高温形状记忆效应、影响、应用1 前言形状记忆合金是70年代开发韵新型功能材料，其中Ti-Ni合金具有优异的形状记忆特性和超弹性性能，同时还呈现出良好的阻尼特性、耐腐蚀性和生物相容性等，在航天航空、机械、能源、电子、医学和日常生活等领域都获得了广泛的应用[1]。

该设备已在航空航天，仪器仪表，控温仪器和及应用在医疗设备上，在能源行业也有很大的应用潜力。

新型形状记忆材料和一些新的用途不断在不断的发展和探索中。

形状记忆合金和陶瓷基形状记忆材料的制成，通过逆马氏体相变的形状记忆效应导致的晶型变化。

目前总结前辈的工作的基础上，对形状记忆效应的机制做一些理论的分析，并由此为未来的形状记忆合金做出科学的设计思路。

Ti-Ni形状记忆合金在医学领域的使用在提高人类生活质量方面发挥了巨大的作用。

然而，钛合金植入人体后，在体液中不可避免地会发生腐蚀。

腐蚀不仅会降低金属材料的力学和机械性能，甚至会导致值入失效，而且，溶入体液的Al、V、Ni离子对周围组织会产生一定的副作用，严重的则引发组织病变或癌变[2]。

镍基钛形状记忆合金
镍基钛形状记忆合金，又称为NiTi合金、Nitinol合金，是一
种具有形状记忆性和超弹性的金属合金。

它主要由镍和钛两种元素组成，其中镍的含量通常为50%至60%。

镍基钛形状记忆合金具有以下特点：
1. 形状记忆性：在适当的温度范围内，该合金可以根据外界温度的变化而恢复其初始形状。

当被加热超过其相变温度时，合金会从形变状态恢复为记忆状态。

2. 超弹性：合金具有非常高的弹性和可塑性，可以在外力作用下发生大幅度的变形，并且在外力解除后能快速恢复原始形状。

3. 耐腐蚀性：镍基钛形状记忆合金具有良好的耐腐蚀性，可以在恶劣环境中长期稳定工作。

4. 高温稳定性：合金在高温环境下依然具有良好的形状记忆性和超弹性，能够承受高温条件下的应力和变形。

由于这些特性，镍基钛形状记忆合金被广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车、电子设备等领域。

在医疗领域中，它可以用于制作支架、支撑器、血管弹簧和矫形器等医疗器械。

在航空航天领域中，它可以用于制作航天器的复合材料、连接件和传感器。

在汽车领域中，它可以应用于车身形状记忆材料、刹车系统和导轨等部件。

在电子设备领域中，它可以制作精密弹簧、连接器和微马达等微型元件。

形状记忆合金的应用现状与发展趋势
形状记忆合金是一种具有特殊形状记忆性能的功能性材料，具有高温
不变形、形状恢复性好、抗腐蚀性强等特点，因此在各种领域得到广
泛应用。

以下是形状记忆合金的应用现状与发展趋势：
一、医疗领域
形状记忆合金在医疗领域中的应用十分广泛，如在牙科种植、心脏支架、血管成形等方面都有所应用。

其中，心脏支架是目前形状记忆合
金在医疗领域应用最为成功的项目之一。

此外，形状记忆合金在骨科、口腔领域中也有一定的应用前景。

二、航空航天领域
形状记忆合金在航空航天领域中的应用主要体现在机械系统的控制、
传输和制造等方面。

其成为精密控制元件的一个重要应用领域，如发
动机控制、平衡状态控制以及控制气动力等都在其中。

三、电子电器领域
随着电子电器产品的不断推陈出新，形状记忆合金也应用于相关领域，如在小型电机、压电石英晶体谐振器及电导电缆等领域得到了广泛的
应用。

四、建筑及土木工程领域
形状记忆合金在建筑和土木领域的应用主要涉及到桥梁、隧道的检测和设备监测等方面。

通过利用形状记忆合金的变形特性，可以对各种设施进行实时监测，更好地维护安全。

五、冶金领域
冶金领域中，形状记忆合金主要应用于展开机构、铁路工程中用于绞车、卸料钳、铁路巨载等机器装备的零部件等领域，通过提高装备的智能化，提升装备的自适应性以及降低设备成本等。

总之，形状记忆合金因其独特的材料特性，可以应用于多个领域，具有无限的发展前景。

镍钛合金在生活中的用途
镍钛合金是一种具有形状记忆和超弹性的特殊合金，由于其独特的物理和化学性质，在生活中得到了广泛应用。

首先，镍钛合金常用于医疗器械制造。

例如，用于牙齿矫正的牙套、耳蜗植入器、心脏起搏器等都是采用镍钛合金制造的。

这是因为镍钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，能够长期在人体内使用。

其次，镍钛合金也广泛用于高科技领域。

例如，作为火箭发动机的材料、航空航天器的结构材料、航空发动机的叶片材料等。

镍钛合金还可以用于制造高精度仪器，如显微镜、光谱仪等。

此外，镍钛合金也被用于家居装饰领域。

例如，镍钛合金的门把手、拉手、灯饰等产品逐渐被人们所接受。

这是因为镍钛合金颜色金属质感强，耐磨性好，具有较高的装饰效果。

最后，镍钛合金还可以用于制造运动器材。

例如，高尔夫球杆、滑雪板、冲浪板等体育用品，都可以采用镍钛合金制造。

因为镍钛合金具有较高的强度、弹性和稳定性，能够提高运动器材的性能和寿命。

综上所述，镍钛合金在生活中的用途非常广泛，不仅在医疗、高科技、家居装饰等领域得到了广泛应用，还有很多新的应用领域待发掘。

- 1 -。

形状记忆合⾦形状记忆合⾦摘要：扼要地叙述了形状记忆合⾦及其性能，介绍了形状记忆合⾦在许多领域的应⽤以及未来的⼀些发展趋势。

关键词：形状记忆合⾦、应⽤⼀、形状记忆合⾦的发展形状记忆合⾦是在⼀个偶然的机会中，⽆意间被发现的。

那是1961年春末夏初的事情，⼀天，美国海军的⼀个研究所军械研究室的冶⾦专家彼勒，因在其试验的⼯程中需要⼀批特殊的合⾦丝——镍（Ni）钛(Ti)合⾦丝（⼜称NT合⾦）。

由于从仓库领来的这些细丝弯弯曲曲盘在⼀起，于是彼勒让⼯作⼈员把它们⼀根⼀根的拉直备⽤，然⽽在这⼀过程中，⼯作⼈员惊异的发现，这些被拉直的镍钛合⾦丝在接近⽕源时，奇迹出现了，它们马上⼜恢复到与领来时完全⼀样的弯曲形状，堆积在⼀起。

冶⾦专家彼勒对此是既感到惊异⼜⾮常有兴趣。

为了证实这种现象的存在，他⼜进⾏了多次重复实验进⾏验证，把弯曲的镍钛合⾦丝拉直后再加热，当弯曲的镍钛合⾦丝升⾼到⼀定的温度时，这些合⾦丝果然⼜恢复到了原先的弯曲状态。

彼勒的实验结果表明：镍钛合⾦具有“单向”形状记忆功能，它能“记住”⾃⼰在较⾼温度状态下的形状，⽆论平时把它变成何种形状，只要把它加热到某⼀特定的温度，它就能⽴即恢复到原来的形状。

免费论⽂，记忆能⼒。

将NT合⾦加⼯成⼀定的形状，在300℃～1000℃温度下热处理30分钟，这种合⾦就能“记住”⾃⼰的形状。

在彼勒研究的基础上，科学家们通过进⼀步的研究与实验还发现：⾃然界确实存在着能恢复原状的物质。

科学家们把镍钛合⾦所具有的这种特性称为合⾦的“形状记忆效应”；称这种能恢复原状的合⾦为形状记忆合⾦。

科学家们在深⼊研究的过程中还发现，许多合⾦，如⾦镉合⾦、铜铝镍合⾦、铜锌合⾦等，也有如同镍钛合⾦⼀样的形状记忆功能。

⼆、形状记忆合⾦的性能（⼀）超弹性特性（伪弹性，机械形状记忆效应）形状记忆合⾦的机械性质优良，能恢复的形变可⾼达10％，⽽⼀般⾦属材料只有0.1％以下，⼏乎⾼出普通⾦属材料弹性应变两个数量级 ,可⽤来提⾼材料的冲击韧性将编制成⽹状的NiTi合⾦丝贴在⾼分⼦材料表⾯，明显提⾼了冲击韧性。

镍基钛形状记忆合金1. 引言镍基钛形状记忆合金（Nickel-Titanium Shape Memory Alloy）是一种具有特殊性能的合金材料，其在应力或温度作用下可以发生可逆的形状变化。

这种合金材料由镍（Ni）和钛（Ti）组成，具有优异的形状记忆效应、超弹性和耐腐蚀性能。

本文将对镍基钛形状记忆合金的组成、制备方法、性能特点以及应用领域进行全面详细的介绍。

2. 组成与制备方法镍基钛形状记忆合金主要由镍和钛两种元素组成，其中镍的含量通常为50%至55%，钛的含量为余量。

此外，还可以添加少量的其他元素如铝（Al）、铬（Cr）、铁（Fe）等，以调节合金材料的性能。

制备镍基钛形状记忆合金有多种方法，其中较常见的包括真空电弧熔炼法、真空感应熔炼法和粉末冶金法。

真空电弧熔炼法是将预先称量好的纯净原料放入真空熔炼炉中，在高温下进行熔炼，然后通过快速冷却获得非晶态合金。

随后，通过固态相变处理或高温退火使其转变为具有形状记忆效应的晶体相。

3. 性能特点镍基钛形状记忆合金具有以下几个显著的性能特点：3.1 形状记忆效应镍基钛形状记忆合金在经历塑性变形后，当受到适当的温度作用时，可以恢复其原始形状。

这种形状记忆效应是由于合金材料的晶格结构发生可逆性相变所导致的。

通过调节材料的成分和处理工艺，可以控制其转变温度和形状记忆效应的强度。

3.2 超弹性镍基钛形状记忆合金具有优异的超弹性，即在受到大应力作用下仍然能够保持较大的弹性变形而不发生塑性失效。

这种超弹性是由于合金材料在外力加载下发生相变所引起的。

超弹性使得该材料在许多领域中具有重要的应用价值。

3.3 耐腐蚀性镍基钛形状记忆合金具有良好的耐腐蚀性能，可以在一些恶劣环境中长时间使用而不发生腐蚀和变质。

这种耐腐蚀性使得合金材料在医疗器械、航空航天等领域中得到广泛应用。

4. 应用领域镍基钛形状记忆合金由于其独特的性能特点，在多个领域中得到了广泛应用。

以下是几个典型的应用领域：4.1 医疗器械镍基钛形状记忆合金在医疗器械领域中有着重要的应用。

NiTi形状记忆合金的性能及应用(**************************************)摘要：本文主要介绍了NiTi形状记忆合金的性能，如形状记忆效应、超弹性效应、生物相容性、耐磨性、阻尼性等。

再举例简要介绍它在工程领域、医学领域方面的应用，并对以后的发展方向做了展望。

关键字：形状记忆性能；应用Properties and Application of NiTiShape Memory AlloysAbstract：The essay is mainly introduce the shape memory effects，such as super-elasticity effect，temperature memory effect，biological compatibility , resistance to wear and damping of NiTi shape memory alloys (SMA)，et al . And then talk about the applications of NiTi shape memory alloy in engineering field ，medical field . The development direction of the study field was forecasted．Key words : shape memory effect ; application引言形状记忆合金(Shape Memory Alloy，简称SMA) 是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，这种能力被称为形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME) 。

实际上，很多材料都具有SME，但能够产生较大回复应变和形状回复力的，只有少数的几种材料，如：Ni-Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)，铁基合金应用最广泛。

镍钛合金用于牙齿的原理镍钛合金是一种具有形状记忆和超弹性的金属材料，广泛应用于牙科临床中，用于矫正牙齿畸形。

它的出色性能主要得益于其特殊的晶体结构和相变行为。

首先，镍钛合金具有良好的形状记忆性能。

所谓形状记忆效应，是指当合金处于一个高温相时，它的晶体结构会有一定的畸变，形成一个可逆的形状，称为“记忆”。

当温度降低到某个临界温度时，合金会发生相变，恢复到原来的形状，称为“回忆”。

这种能力使得镍钛合金能够在牙齿矫正中承受较大的应力，并恢复到一定的形状，使牙齿恢复到正常的位置和形态。

其次，镍钛合金具有超弹性。

超弹性是指当合金经历形变后，能够恢复到原始形态的能力，而不产生塑性变形或永久性变形。

这主要是由于合金在应力加载时发生的相变和位错产生的共同作用。

这种超弹性的特性使得镍钛合金能够经受牙齿咬合和咀嚼时所产生的应力，同时保持其原始形状和弹性，从而保护牙齿不受损伤。

此外，镍钛合金还具有优异的可调性和生物相容性。

可调性是指合金的形状记忆行为可以通过合金的成分和处理条件进行调整。

通过控制一些因素，例如合金的成分、热处理和力学变形等，可以调整合金的转变温度、转变宽度和转变速度，从而使合金的形状记忆效应适应不同的应用需求。

生物相容性是指合金对生物体组织无毒性、无刺激性和良好的组织接受性。

合金的化学成分和物理性能决定了其生物相容性，镍钛合金具有优异的生物相容性，可以安全地应用于牙齿矫正中。

总的来说，镍钛合金作为一种具有形状记忆和超弹性的金属材料，被广泛应用于牙齿矫正中。

它能够通过应力加载后的形变，迅速回归到其原始形态，有效地改善牙齿的畸形，实现牙齿的矫正。

而其优秀的可调性和生物相容性，使得它能够满足不同的牙齿矫正需求，并安全地使用在人体内。

因此，镍钛合金在牙科临床中的应用前景广阔，并为患者提供了更好的口腔健康和美观的笑容。