形状记忆合金(什么是形状记忆合金)

一、形状记忆合金有哪些应用

形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称**A）是一种能够在温度和应力作用下发生相变的新型功能材料，具有独特的形状记忆效应、相变伪弹性等特性，广泛应用于航空航天、医疗器械、机械电器等领域。

1、汽车：形状记忆合金在汽车上应用最多的是制动器，目前使用品类已达一百多种，主要用于控制引擎、传送、悬吊等，以提高安全性、可靠性及舒适性。此外在汽车手动传动系统的防噪装置以及发动机燃料气体控制装置上也有应用。

2、机器人：利用形状记忆合金弹簧与其合金丝可装配成小型机器人，控制合金的收缩可操纵机器人手指的张开、闭合以及屈伸等动作。合金元件靠直接通入脉冲变频电流控制机器人的位置、动作及动作速度。

3、航空航天：人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作，发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来，火箭升空将人造卫星送到预定轨道后，自加热或受太阳照射后，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。

4、生物医药：拥有记忆功能的镍钛合金制成的医用支架，输入目标血管后，其感受血液温度时会发生形状恢复，对狭窄病变区起到支撑作用。

5、生活日用：日本一家日用品公司生产的“记忆”胸罩投入市场后立刻受到广大女性的青睐；日本古河电气工业公司生产的形状记忆合金眼镜架，能随镜片伸缩而改变形状，始终保持与镜片的紧密结合。

来源：《揭秘未来100大潜力新材料（2019年版）》_新材料在线

二、什么是形状记忆效应常用的形状记忆合金有哪些

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。形状记忆合金可以分为三种：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。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。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。三种记忆效应如下图所示。目前已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的记忆合金肋骨骨折接骨板。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。编辑本段形状记忆合金的具体应用工业应用（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。（2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。记忆合金材料镜架以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水温度过高时通过"记忆"功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时,记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正不断被开发，例如用记忆合金制作的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，很是方便。管道结合和自动化控制方面记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面，用记忆合金制成套管可以代替焊接，方法是在低温时将管端内全扩大约4%，装配时套接一起，一经加热，套管收缩

三、什么是形状记忆合金

形状记忆合金是一种特殊的合金，存在一个记忆温度，在记忆温度以下可以任意加工，当温度回到记忆温度时，可以恢复到加工前的形状，在未来，它将是工程主要材料之一比如说钛，在加热后，会恢复到加工前的形状形状记忆合金是一种特殊的合金，存在一个记忆温度，在记忆温度以下可以任意加工，当温度回到记忆温度是，可以恢复到加工前的形状形状记忆合金的研究、发现至今为止已有十几种记忆合金体系。包括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、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等

他们有两个共同特点：

1，弯曲量大，塑性高

2，在记忆温度以上恢复以前形状。

在我印象中，最早发现的记忆合金好像是50％Ti＋50％Ni。

记忆金属一般受温度影响较大，在某一温度下是一种状态,改变温度状态会改变,但当温度恢复到原来时,状态也就回到原来。

这种金属的M转变具有可逆性,它受温度变化影响,在一定温度以上恢复为它变形前的形状.人造卫星的太阳能电池板就可以用它制造。

神秘的形状记忆合金

在一次新材料的研讨会上，一位教授手持一个盛有水的玻璃瓶，上面插有一只漂亮的用纸做的蝴蝶，他走上讲台一言未发，从容的掏出打火机把瓶子加热，不一会只见蝴蝶的翅膀飞舞起来，这一试验引起了与会者的极大兴趣，原来在蝴蝶下面有一根所谓“形状记忆”合金丝，这根丝随着水温的升高和降低会突然伸长或缩短。所谓形状记忆效应是指合金经变形后，在一定的条件下，仍能恢复至原始形状的现象。

形状记忆效应来源于一种热弹性马氏体相变。一般的马氏体相变作为钢的淬火强化的方法从古代便为人所用，就是把钢加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷却，例如直接插入冷水中(称为淬火)，这时钢转变为一种称为马氏体的结构，并使钢硬化。这种马氏体相变有一个特别的性质，在一定的温度下一旦形成的马氏体随着时间延长不再长大，为了增加马氏体的量，必须进一步降低温度，产生新的马氏体。后来，在某些合金中发现了不同于上述的另一种所谓热弹性马氏体相变，热弹性马氏体一旦产生可以随着温度降低继续长大。相反，当温度回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来的状态，即马氏体随着温度的变化可以可逆地长大或缩小，由于马氏体的体积一般比原始状态要膨胀一些，而且马氏体相变伴随着晶体中规则的切变，因此热弹性马氏体相变随之伴有形状的变化。

早在1951年美国人在一次试验中偶然发现了金-镉合金有形状记忆特性，当时并未引起重视，1953年又在铟-铊合金发现这类效应，1963年发现镍-钛合金具有形状记忆特性后，掀起了这类合金研究的热潮，并产生了多种实用化的新思想，新的形状记忆合金应运而生，后来还发现了具有双向记忆效应，即铆钉如用双向记忆合金制作时，把铆好的铆钉重新降温后，铆钉又会变直，正如本节开始提到的蝴蝶下面的合金丝便是双向记忆合金，随温度的变化可来回伸长或缩短，引起蝴蝶翅膀上下翻飞。

形状记忆合金不仅具有理论上的重大意义，更重要的是工业中的应用价值。最先报道的是用形状记忆合金制作月面天线。月面天线伸展开来很宽大，火箭无法容纳，那么，如何把这样一个天线送上太空，送上月球呢?正是形状记忆合金神话般地解决了这一难题。用Ni-Ti合金丝在马氏体相变温度以上，先做成月面天线，然后在低于Mf的温度把月面天线压成小团装入运载火箭，当发射至月球表面后，通过太阳能加热而恢复原形，在月球上展开成为正常工作的月面天线。用形状记忆合金制作插头与插座或管子连结器有很大的优点，先把形状记忆合金做成比需连结的不锈钢管略小的管连接器，将它冷至Mf温度以下，加以扩径至比连接管略大，然后顺利套在连接管上，最后升温至Af以上(即使用温度)，连接器即自动收缩，于是两根管被牢固地连接起来。美国空军F-14飞机曾经用此类连接器连接油压系统和加压水系统的管道，据说近30万个接头，无一发生事故，在海军的潜艇和军舰上也大量使用形状记忆合金管接头，因为在这些场合中，管道排列十分密集，一般的方法无法实行管道的连接。

形状记忆合金用于低质能源的利用上具有深远的意义。目前已将形状记忆合金成功地用于医学上，作为牙科的齿形矫正器，在Ms温度以上把形状记忆合金丝做成正常的形状，然后在低于Mf温度下变形并套在不正常的畸形牙上，当温度上升至口腔的温度后，矫正器自动变成正常形状，把畸形牙矫正。还可用于矫正脊椎侧弯。静脉过滤器是，把筛状过滤器在低温拉成直线，送入静脉，受体温加热后，变成筛状，起到过滤凝血的作用。目前正在用形状记忆合金试制人造肾的微型泵、可以收缩的人造肌肉及人造心脏等。

形状记忆合金的发明与应用，使人们对于金属材料的特性及功能开阔了眼界，神秘的被人们称之为机敏或智能材料的大门被打开了。