形状记忆材料.ppt

人们发现的具有形状记忆效应的合金有50多种。按组成和相变特征可分为三大类： Ti-Ni系形状记忆合金：TiNi、Ti2Ni、TiNi3，近年又开发了Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Cr、Ti-Ni-Pb、Ti-Ni-Nb等新型合金； 铜基系形状记忆合金：主要有Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Au-Zn； 铁基系形状记忆合金：应用前景最好的是Fe-Mn-Si-Cr-Ni、Fe-Mn-Co-Ti。 SMA的特性 集传感、驱动、控制、换能于一身 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 有确定的转变温度 在加热时产生的回复应力非常大，可达500MPa 对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响 无振动噪声，无污染 抗疲劳，回忆变形500万次不疲劳变形 目前研究得最全面、记忆性能最好、实用性强的合金材料 优点：记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好是目前唯一作为生物医学材料的形状记忆合金。 缺点：制造过程较复杂，价格高昂 Ti-Ni合金通过在1000℃左右固溶后，在400℃ 进行时效处理，再淬火得到马氏体。 2.1 Ti-Ni系形状记忆合金 2.2 铜基系形状记忆合金 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合金的相变温度，发展了一系列的Cu-Zn-X (X= Al, Ge锗 , Si, Sn锡, Be铍, Ni)三元合金。 * 性能特点 优点：制造加工容易，价格便宜，相变点可在一定温度范围内调节，不同成分的Cu-Zn-A1合金相变温度不同。 缺点：强度较低，形状记忆稳定性及耐疲劳性能差，不具有生物相容性。 改善铜基系合金的循环特性，提高记忆性能，可采取： a. 加入适量稀土和Ti、Mn、V、B等元素(细化晶粒，提高滑移形变抗力； b. 微晶铜基系形状记忆合金（采用粉末冶金和快速凝固法等） * （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。 2.3 铁基系形状记忆合金 继Ti－Ni和铜基系以后，20世纪70年代以来，在许多铁基合金中发现了形状记忆效应。 分为两类： （1）热弹性马氏体相变 Fe-Pt, Fe-Pd, Fe-Ni-Co-Ti合金等； （2）应力诱发马氏体相变（非热弹性马氏体）， Fe-Mn-Si, Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co合金等。 铁基合金的形状记忆效应，既有通过热弹性马氏体相变来获得，也有通过应力诱发ε-马氏体相变(非热弹性马氏体)而产生形状记忆效应。 例如，Fe-Mn-Si合金经淬火处理所得的马氏体为非热弹性马氏体，属应力诱导型记忆合金。其双程记忆效应甚小，用于单程形状记忆。价格较低、易加工，铁基系中工业应用首选材料。 * 　 形状记忆材料应用 　 在理论研究不断深入的同时，形状记忆 材料的应用研究也取得了长足进步，其应用 范围涉及机械、电子、宇航、能源、医疗和 日常生活等许多领域。美国以在航空航天的 应用为代表，日本以日用产品为代表，而中 国以医疗器械为代表。 工程应用： （1）紧固件、连接件、密封垫、管件接头等。 * 图 形状记忆合金用作铆钉的工作原理图 * 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，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状,从而能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线。 * 医学应用： 　　TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。 　　如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。 * 记忆合金用于骨骼固定 在医学上，镍—钛合金与生物体有好的相容性，可以在人体内作为固定折断骨骼的插销，做成接骨板，使断骨紧紧相接； 用记忆合金做成精细的网络，然后降低温度压成细丝，插入血管，由于体温使它恢复网络形状，在血管里起血栓的过滤作用。 * 人工关节 用超弹性 TiNi 合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝，其中用超弹性 TiNi 合金丝是最适宜的。通常牙齿矫形用不锈钢丝 CoCr 合金丝，但这些