镍锰镓Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金介绍

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。

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。

形状记忆合金材料的研究现状及未来前景近年来，形状记忆合金（Shape Memory Alloys，SMA）由于其独特的形状记忆效应和超弹性性能被广泛关注，并在智能材料、航空航天、生物医学等领域得到广泛应用。

本文将对形状记忆合金材料的研究现状及未来前景进行探讨。

一、形状记忆合金的定义和性质形状记忆合金是一种可以通过温度、应力等外界作用，实现形状记忆效应和超弹性性能的合金材料。

其最为独特的性质是具有记忆功能，即在特定的外力作用下，可以发生永久形状的改变，然而一旦去掉外力作用，它又能回到原有的形状。

这种记忆效应的发生和消失又称为相变。

此外，形状记忆合金还具有超弹性性能，即在外力作用下能够发生大变形，但当去掉外力后又能恢复到原来的形状，这种性质使它成为一种优良的智能材料。

二、形状记忆合金的研究现状自上世纪50年代以来，随着形状记忆合金的不断发展，人们对其进行了大量的研究。

目前国内外研究的重点主要集中在以下几个方面：1、形状记忆合金的制备与加工形状记忆合金是一种多功能复合材料，由于其自身的记忆和高弹性性能，以及其化学稳定性和防腐能力等，使其成为制造各种机械和电器设备的理想材料。

因此，制备和加工成为了重要的研究方向。

现阶段，形状记忆合金的制备方法主要包括粉末冶金、熔融法、溶液分解-沉淀法等。

其中，粉末冶金是最成熟的制备方法，在制备形状记忆合金时，一般采用惯性摩擦焊、冷轧板等加工成型方式。

2、形状记忆合金的相变机理形状记忆合金的相变机理是产生记忆效应的关键因素。

现阶段，研究相变机理主要有两个方向：一是基于电子和晶体缺陷的相变机理，主要是探讨相变过程中电子和晶体缺陷的变化情况，包括离子扩散、漂移等；另一种是基于热力学的相变机理，主要是以热力学概念来研究SMA的相变。

3、形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用有非常广泛的领域，包括生物医学、航空航天、汽车制造、机械制造、建筑工程等领域。

其中，最具代表性的应用就是在生物医学领域，如心脏支架、口腔矫治器，还有智能材料领域，如智能织物、智能机器人等。

形状记忆合金材料081 205080126 倪琦摘要：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，被人们誉为“神奇的功能材料”, 本文主要介绍了形状记忆合金合金的发展历史及其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、各领域应用、原理及发现引言：形状记忆合金是一种能够记忆原有形状的智能材料。

这种合金对形状具有记忆的能力，而且记性相当好，有些甚至反复改变500万次后，仍能在一定条件下完全恢复原状。

每种以一定元素按一定比例组成的形状记忆合金都有一个转变为温度。

[1]发现：1932年瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了形状记忆效应。

最早关于形状记忆合金效应的报道是有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Ti-Ni 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。

现状: 目前已投入实用的形状记忆合金主要有镍一钛系、铜系和铁系或不锈钢系三大类。

1.镍一钛系形状记忆合金。

镍一钛系合金是形状记忆合金材料中性能最优越而且用途最广的一种。

镍一钛系合金的延展性、形状记忆强度、应变、耐蚀性、电阻及稳定性均较好,但其成本较高。

这类合金的形状记忆行为有单向和双向两种, 其呈现记忆行为的温度范围可借助合金的改良而加大或缩小。

2.铜系形状记忆合金。

铜系形状记忆合金比镍一钛记忆合金更便宜且容易加工成型, 因此颇具发展潜力。

但铜系形状记忆合金的强度不如镍一钛记忆合金, 反复受热的形状记能力也衰减较快。

一、研究方法原理：马氏体转变图中表示出了马氏体相变的相变温度，Ms、Mf、As、Af分别表示为马氏体相变开始温度、终了温度、马氏体(M) →母相的逆相转变开始温度和终了温度。

在Af点以上的温度对这种合金加一外力,如果对于位错滑移的抗力大，变形则由马氏体相变引起，即形成应力诱发M相。

形状记忆合金摘要：扼要地阐述了形状记忆合金机理、常用制备方法、介绍了形状记忆合金的发展前景。

关键词：形状记忆合金、形状记忆效应、NiTi、锻造、热挤压、轧制、拉拔、冷加工、粉末成形、包套碎片挤压成形、溅射沉积薄膜引言：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变形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 形状记忆效应的机理具有马氏体逆转变，且M s与A s温度相差很小的合金，将其冷却到M s点一下，马氏体晶核随着温度下降逐渐长大，温度上升的时候，马氏体相又反过来同步地随温度升高而缩小，马氏体相的数量随温度的变化而发生变化，这种马氏体称为热弹性马氏体。

在M s以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，形成的马氏体称为应力诱发马氏体。

有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时候马氏体长大，反之，马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马氏体称为应力弹性马氏体。

应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变，当除去应力时，这种附加应力也随之消失，这种现象称为超弹性或者伪弹性。

将母相淬火得到马氏体，然后使马氏体发生塑性变形，变形后的合金受热时，马氏体发生逆转变，开始回复母相原始状态，唯独升高至A f时，马氏体消失，合金完全恢复到母相原来的形状，呈现形状记忆效应。

如果对母相施加应力，诱发其马氏体形成并发生形变，随后逐渐减小应力直至除去时，马氏体最终消失，合金恢复至母相的原始形状，呈现伪弹性。

形状记忆合金（简称SMA）是一种新型的功能材料,它已成为功能材料领域的研究热点之一。

本文介绍了形状记忆合金的特性，综述了形状记忆合金的发展历程、研究现状及应用特点，最后分析了形状记忆合金的发展趋势。

关键词：形状记忆合金；功能材料；形状记忆效应一．引言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。

二．形状记忆合金的特性1．形状记忆效应：形状记忆合金经适当的热处理后具有恢复形状的能力,这种能力被称为形状记忆效应(Shape memory effect简称SME)。

形状记忆效应按恢复情况分为单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。

2．超弹性效应：形状记忆合金受到外力时发生形变,去除外力后就恢复原状，这种现象称为超弹性。

形状记忆合金在发生超弹性形变时,诱发了马氏体相变, 去除外力后,又发生马氏体逆相变。

3．阻尼特性：形状记忆合金由于马氏体相变的自协调和马氏体中形成的各种界面(孪晶面、相界面、变体界面)及界面运动,而具有很好的阻尼特性。

4．电阻特性：吴小东等研究表明,对于初始组织为马氏体的Ni-Ti合金,在拉伸过程中电阻与应变之间呈线性关系;对于初始组织为奥氏体或奥氏体、马氏体两者混合的Ni-Ti合金,当发生应力诱发马氏体相变后,曲线的斜率降低,相变前后电阻-应变关系保持线性关系。

三．形状记忆合金的研究进展形状记忆效应最早是1932年由Olander在研究Au-Cd合金时发现的[7]。

1963年,美国海军武器实验室布勒(Buehler)等发现了钛镍合金具有形状记忆效应[8]。

1964年Cu-Al-Ni也被发现有这种效应[9]。

70年代以后，科学家又在304奥氏体不锈钢和Fe-18.5Mn中发现了这种效应[10]。

记忆合金记忆合金是一种原子排列很有规则、体积变为小于0.5%的马氏体相变合金。

这种合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。

由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做"记忆合金"。

当然它不可能像人类大脑思维记忆，更准确地说应该称之为"记忆形状的合金"。

此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点，因此应用十分广泛。

科学家们现在已经发现了几十种不同记忆功能的合金，比如钛－镍合金，金－镉合金，铜－锌合金等。

19世纪70年代，世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。

记忆合金是一种颇为特别的金属条，它极易被弯曲，把它放进盛着热水的玻璃缸内，金属条向前冲去；将它放入冷水里，金属条则恢复了原状。

在盛着凉水的玻璃缸里，拉长一个弹簧，把弹簧放入热水中时，弹簧又自动的收拢了。

凉水中弹簧恢复了它的原状，而在热水中，则会收缩，弹簧可以无限次数的被拉伸和收缩，收缩再拉开。

这些都由一种有记忆力的智能金属做成的，它的微观结构有两种相对稳定的状态，在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸，但若对它重新加热，它会记起它原来的形状，而变回去。

这种材料就叫做记忆金属（memory metal）。

它主要是镍钛合金材料。

例如，一根螺旋状高温合金，经过高温退火后，它的形状处于螺旋状态。

在室温下，即使用很大力气把它强行拉直，但只要镍钛记忆合金丝把它加热到一定的“变态温度”时，这根合金仿佛记起了什么似的，立即恢复到它原来的螺旋形态。

例如，镍-钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的，但温度在40℃上下变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。

这里，40℃就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。

各种合金都有自己的变态温度。

上述那种高温合金的变态温度很高。

在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。

在室温下强行把它拉直时，它却处于不稳定状态，因此，只要把它加热到变态温度，它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。