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形状记忆合金的应用现状与发展趋势

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11　SanthanamAT,GodseRV,GrabGPetal.U.S.Patent.1993(5):250,36712　NemethBJ,SanthanamAT,GrabGP.Proceed.10thPlanseeSeminar,PlanseeA.G.,Reutte/Tyrol,1981:613～62713　SanthanamAT,GrabGP,RolkaGAetal.Proceed.conf.onHighProductivityMachining-MaterialsandProcesses.NewOrleans,La,AmericanSocietyforMetals,1985:113～12114　NemethBJ,GrabGP.U.S.ReissuePatent.1993,No.34,18015　DoiH.Proceed.2ndInt.Conf.ontheScienceofHardMate2rials,AdamHilgerLtd.Ser.1986(75):489～52316　ClaussenN.Mater.Sci.Eng.1985(71):23～3817　WeiGC,BecherPF.Am.Ceram.Soc.Bull.1985,64(2):298～30418　FaberKT,EvansAG.ActaMetall.1983,31(4):565～57619　NorthB,BakerRD.Int.J.ofRefractoryHardMetals.1984,3(1):46～5120　BeeghlyCW,ShusterAF.Proceed.Soc.ofCarbideandToolEngineersConf.onAdvancesinToolMaterialsforuseinHighSpeedMachining,Scottsdale,AZ,ASMInternational,1987,91～9921　KennametalLatheToolingCatalog4010.200422　OlesEJ,ReinerKL,Gatesetal.U.S.Patent.2003.6,599,06223　InspektorA,OlesEJ,BauerCE.Int.J.ofRefractoryMet2alsandHardMaterials.1997(15):49～56第一作者:M.S.Greenfield,博士,美国肯纳金属公司材料总监(胡红兵译)

收稿日期:2005年4月

形状记忆合金的应用现状与发展趋势肖恩忠潍坊学院摘　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,　形状记忆效应,　机理,　应用

ApplicationActualityandDevelopmentTrendofShapeMemoryAlloyXiaoEnzhong

Abstract:Thegeneraldevelopmentoftheshapememoryalloy(SMA)issummarized,anditsapplicationsindifferentfieldsarebrieflyintroduced.Also,problemsinthestudyofSMAatpresentareanalyzed.Finally,Thedevelopmentforegroundandre2searchdirectionsofSMAinthefuturearepointedout.Keywords:shapememoryalloy,　shapememoryeffect,　mechanism,　application

1　引言形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,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(ShapeMemoryEffect,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。 2　形状记忆合金的发展历史与现状在金属中发现形状记忆效应最早可追溯到20

世纪30年代。1938年,美国的Greningerh和Moora2dian在Cu2Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变。随后,前苏联的Kurdiumov对这种现象进行了研究。1951年,Chang和Read在Au24715at%Cd合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化而发生迁动。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后,Burkhart在In2Ti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。直到1963年,美国海军武器实验室的Buehler等人发现等原子比的Ti2Ni合金具有优良的形状记忆功能,

01工具技术并成功研制出具有实用价值的形状记忆合金“Niti2nol”以后,才引起了人们的广泛兴趣,对形状记忆合金的研究从此进入了一个新的阶段[1]。1969年,Raychem公司首次将Ni2Ti合金制成管接头应用于美国F14战斗机上;1970年,美国将TiNi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70年代,相继开发出了Ni2Ti基、Cu2Al2Ni基和Cu2Zn2Al基形状记忆合金;80年代开发出了Fe2Mn2Si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[2]。20世纪80年代初,科研工作者突破了TiNi合金研究中的难点。从此以后,形状记忆合金开始广泛应用于生产、生活的各个领域。在各国申请的有关形状记忆合金的技术专利已逾万件,投入市场付诸应用的实例已有上百种。同时,随着智能材料、智能机构研究的兴起,又将形状记忆合金的应用推向了更广泛的领域。目前,有关形状记忆合金研究的科技论文数已位居马氏体相变研究领域之首,而且该类材料所涉及的应用领域极其广泛。迄今为止,已生产的10多个系列50多个品种的形状记忆合金已广泛应用于电子、机械、能源、医疗、航空航天、汽车、家电和建筑等各个行业。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[3]。近十年来,我国在SMA基础理论研究方面有了很大发展,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产业化进程正方兴未艾,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(如兰州西脉记忆合金股份有限公司、北京圣玛特科技有限公司等)[4]。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。除了合金材料外,人们还发现在非金属材料(如高聚物和陶瓷)中也存在形状记忆现象[5,6],但目前

尚处于初期探索阶段。

3　形状记忆合金的应用迄今发现具有形状记忆效应的合金系已达二十余种,但其中已得到实际应用的还仅局限于Ti2Ni和Cu2Zn2Al合金系(Cu2Al2Ni及Fe2Mn2Si系记忆合金也在开发应用中)。目前,形状记忆合金在电子、机械、能源、宇航、土木、汽车、医疗及日常生活等领域都得到了广泛应用[7,8],表1列举了形状记忆合金

的部分应用实例,下面择其典型应用加以概述。表1　形状记忆合金的部分应用实例工业上形状恢复的一次性利用工业上形状恢复的反复利用医疗上形状恢复的利用

紧固件温度传感器消除凝固血栓过滤器管接头调节室内温度用恒温器矫形棒宇宙飞行器用天线温室窗开闭器脑瘤手术用夹子火灾报警器汽车散热器风扇的离合器人造心脏、人造肾的瓣膜印刷电路板的结合热能转变装置骨折部位固定夹板集成电路的焊接热电继电器的控制元件矫正牙齿用拱性金属线电器的连接器夹板记录器用笔驱动装置人造牙根密封环机械手、机器人人造关节

311　连接紧固件利用Ni2Ti形状记忆合金优良的形状记忆效应,

可制成各种连接紧固件,如管接头、紧固圈、连接套管和紧固铆钉等。(1)管接头

形状记忆合金连接件结构简单、重量轻、所占空间小,并且安全性高、拆卸方便、性能稳定可靠,已被广泛用于航天、航空、电子和机械工程领域。其中管接头是形状记忆合金最成功的应用之一。管接头的使用方法如图1所示[9]。待接管外径为<(见图1a),将内径为<(1-4%)的Ti2Ni合金经过单向记忆处理后(见图1b),在低温下(

f

)用锥形模具扩

孔,使其直径变为<(1+4%)(见图1c),扩径用润滑

剂可采用聚乙烯薄膜;在保持低温下将被接管从管接头两头插入(见图1d),去掉保温材料,管接头温度上升到室温时,由于形状记忆效应,其内径恢复到扩管前尺寸,即可实现管路的紧固连接(见图1e)。(2)紧固铆钉

工程中通常采用铆钉和螺栓进行紧固,但在某些场合(例如在密闭真空中)很难进行操作,而采用形状记忆合金紧固铆钉则可较容易地实现这种紧固。如图2所示[10],铆钉尾部记忆成型为开口状,

112005年第39卷№12

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形状记忆合金的研究现状

形状记忆合金的研究现状

Vol.49No 14工程与试验EN GIN EERIN G &TEST Dec.2009[收稿日期]　2009-10-30[作者简介]　何子淑(1976-),女,研究生学历,讲师,从事机械工程材料教学工作。

形状记忆合金的研究现状何子淑,高军成,梁益龙(贵州工业职业技术学院,贵州贵阳550008)摘　要:形状记忆合金是一种重要的智能材料,对其近年来的技术发展进行了综述,着重对形状记忆材料Ni Ti 合金的研究成果及其疲劳性能测试方法和存在的问题进行了讨论,并指出了今后的发展方向。

关键词:形状记忆合金;疲劳性能中图分类号:TB381 文献标识码:A doi :1013969/j.issn.167423407.2009.04.002R esearch Status of Shape Memory AlloysHe Zishu ,Gao J uncheng ,Liang Y ilong(Gui z hou I n d ust ry Prof essional Technolog y College ,Gui y ang 550008,Gui z hou ,Chi na )Abstract :Shape memory alloy (SMA )is a kind of important intelligent material.In t his article ,we summarized t he technology develop ment of SMA in recent years ,especially discussed t he re 2search result s of Ni Ti alloy and t he test met hod of fatigue performance of SMA.At last ,we in 2t roduced t he develop ment direction of SMA.K eyw ords :shape memory alloy ;fatigue performance1　引　言形状记忆合金(Shape Memory Alloys ,简称SMA )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[1]。

形状记忆合金 智能材料

形状记忆合金 智能材料

形状记忆合金研究综述材实验0901 付朝丽1101090201摘要文章简述了形状记忆合金的发现历史，详述了形状记忆合金的特性并列举了其在各个领域中的应用和研究现状，最后指出了研究中存在的问题并对今后的发展方向进行了展望。

关键词形状记忆合金特性应用研究现状展望Abstract:The article gives a brief history of the discovery of the shape memory alloy, details the characteristics of shape memory alloys and lists applications and research in various fields, finally points out the problems in the study and future direction of development prospects.Key words: shape memory alloy characteristics applications research prospects1前言1.1 历史背景在上世纪80年代，人们提出了智能材料的概念。

所谓智能材料，即要求材料体系集感知、驱动、信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的材料，具备自感知、自诊断、自适应、自修复等功能。

其中形状记忆合金(Shape Memory Alloy ，简称SMA) 由于驱动作用显著、性能较稳定等特点，成为智能材料与结构中研究最多的驱动元件之一。

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。

1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中也观察到具有宏观形状变化的记忆效应，但当时并未引起人们的广泛注意。

形状记忆功能高分子材料的研究现状和进展

形状记忆功能高分子材料的研究现状和进展

形状记忆功能高分子材料的研究现状和进展Value Engineering0引言随着社会的进步和科学技术的发展，一般的材料难以满足日益复杂的环境，因此需要具有自修复功能的智能材料———形状记忆材料。

20世纪50年代以来，各国相继研究出在外加刺激的条件（如光、电、热、化学、机械等）经过形变可以回复到原始形状的具有形状记忆功能的材料，它可分为三大类，形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物材料。

高分子产业的迅速发展，推动了功能高分子材料得到了蓬勃发展。

形状记忆聚合物材料的独特性，广泛应用于很多领域并发展潜力巨大，人们开始广泛关注[1]。

1功能高分子材料研究概况功能高分子材料是20世纪60年代的新兴学科，是渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。

由于它的内容丰富、品种繁多、发展迅速，成为新技术革命不可或缺的关键材料，对社会的生活将产生巨大影响。

1.1功能高分子材料的介绍功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料，通常也可简称为功能高分子，也可称为精细高分子或特种高分子[2]。

1.2功能高分子材料分类可分为两类：第一类：以原高分子材料为基础上进行改性或其他方法，使其成为具有人们所需要的且各项性能更好的高分子材料；第二类：是具有新型特殊功能的高分子材料[3]。

1.3形状记忆功能高分子材料自19世纪80年代发现热致形状记忆高分子材料[4]，人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支———形状记忆功能高分子材料。

和其它功能材料相比的特点：首先，原料充足，形变量大，质量轻，易包装和运输，价格便宜，仅是金属形状记忆合金的1％；第二，制作工艺方简便；形状记忆回复温度范围宽，而且容易加工，易制成结构复杂的异型品，能耗低；第三，耐候性，介电性能和保温效果良好。

NiTi形状记忆合金的功能特性及其应用发展

NiTi形状记忆合金的功能特性及其应用发展

第 2 期第 60-77 页材料工程Vol.52Feb. 2024Journal of Materials EngineeringNo.2pp.60-77第 52 卷2024 年 2 月NiTi 形状记忆合金的功能特性及其应用发展Functional properties of NiTi shape memory alloys and their application development杨超1*，廖雨欣1，卢海洲1，2，颜安1，蔡潍锶1，李鹏旭1（1 华南理工大学 国家金属材料近净成形工程技术研究中心，广州 510640；2 广东技术师范大学 机电学院， 广州 510665）YANG Chao 1*，LIAO Yuxin 1，LU Haizhou 1，2，YAN An 1，CAI Weisi 1，LI Pengxu 1（1 National Engineering Research Center of Near -Net -Shape Forming forMetallic Materials ，South China University of Technology ，Guangzhou510640，China ；2 School of Mechatronic Engineering ，GuangdongPolytechnic Normal University ，Guangzhou 510665，China ）摘要：NiTi 形状记忆合金（shape memory alloys ， SMAs ）作为一种智能材料，具有良好的超弹性、形状记忆效应和生物相容性等功能特性，被广泛应用于航空航天、医疗器械和工程建筑等领域。

其中超弹性在宏观上表现为发生较大的变形仍能恢复原形状，且其远大于常见金属可恢复的弹性应变。

形状记忆效应则是温度激励下奥氏体和马氏体两相的相互转变，根据宏观变形分为单程、双程和全程形状记忆效应。