4.3 形状记忆材料.pdfVIP

西北工业大学材料学院卢艳丽教授

1.引言

人有记忆，不稀奇；金属有记忆，就神奇了！

普通金属制成的勺子，用钳子将其掰弯，就变成面部全非的金属片。但是如

果勺子用记忆合金做成，那勺子形状记忆不会消失。如果再次加热，它会神

奇地变成原来形状！

卫星到达月球表面后，卫星上的一团天线变成半球面的形状，神奇！

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2.形状记忆合金的定义

（1）形状记忆合金（ShapeMemoryAlloys,），简称SMA，是一种在加热升温后能完全

消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，即拥有“记忆效应的合金。

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3.形状记忆效应的分类

（2）形状记忆效应分类

形状记忆合金之所以具有变形恢复能力，是因为变形过程中材料内部发生的热弹性马氏体相变。根据不

同的热力载荷条件，形状记忆合金呈现出以下性能：

Ø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；

Ø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；

目前比较成熟的形状记忆合金：Ti-Ni合金，Cu-Zn-Al合金

Ø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。

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3.形状记忆效应的分类

（3）形状记忆高分子材料

Ø高分子材料的形状记忆机理与金属不同。

Ø目前开发的形状记忆高分子材料具有两相结构，即固定成品形状的固定相和在某种温度下能可逆

地发生软化和固化的可逆相。

Ø与形状记忆合金材料相相比：质量轻、加工容易、变形率大、成本低等优点。

Ø目前还处于起步阶段，有待开发更多的新品种，开拓新的用途。

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3.形状记忆效应的原理简介

Ø形状记忆合金的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变；

Ø这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，

以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。

Ø两项自由能相等的温度称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度时才会产生马氏体

相变，反之，只有当温度高于平衡温度时才会发生逆相变。

Ø在形状记忆合金中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力

引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。

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5.记忆合金体系

至今为止发现的记忆合金体系：

ØAu-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。

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6.形状记忆材料的应用

应用领域：

（1）航空航天工业：形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统

中的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料；

（2）机械电子产品：形状记忆合金作为低温配合连接在飞机的液压系统中及体积较小的石油、

石化、电工业产品中应用。另一种连接件的形状是焊接的网状金属丝