形狀記憶合金及應(yīng)用

　　一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達(dá)到屈服點，就產(chǎn)生塑性變形，壓力消除后留下永久變形。但有些材料，在發(fā)生了塑性變形后，經(jīng)過合適的熱過程，能夠回復(fù)到變形前的形狀，這種現(xiàn)象叫做形狀記憶效應(yīng)（SME）。具有形狀記憶效應(yīng)的金屬一般是由兩種以上金屬元素組成的合金，稱為形狀記憶合金（SMA）。

　　形狀記憶合金可以分為三種

　　（1）單程記憶效應(yīng)

　　形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。

　　（2）雙程記憶效應(yīng)

　　某些合金加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。

　　（3）全程記憶效應(yīng)

　　加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤�而取向相反的低溫相形狀，稱為全程記憶效應(yīng)。

　　目前已開發(fā)成功的形狀記憶合金有Ti-Ni基形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金、鐵基形狀記憶合金等。

　　最早關(guān)于形狀記憶效應(yīng)的報道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他們觀察到Au-Cd合金中相變的可逆性。后來在Cu-Zn合金中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，但當(dāng)時并未引起人們的廣泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中觀察到具有宏觀形狀變化的記憶效應(yīng)，才引起了材料科學(xué)界與工業(yè)界的重視。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也發(fā)現(xiàn)了與馬氏體相變有關(guān)的形狀記憶效應(yīng)。幾十年來，有關(guān)形狀記憶合金的研究已逐漸成為國際相變會議和材料會議的重要議題，并為此召開了多次專題討論會，不斷豐富和完善了馬氏體相變理論。在理論研究不斷深入的同時，形狀記憶合金的應(yīng)用研究也取得了長足進(jìn)步，其應(yīng)用范圍涉及機械、電子、化工、宇航、能源和醫(yī)療等許多領(lǐng)域。

　　形狀記憶合金主要有以下用途。

　　工業(yè)應(yīng)用：

　　（1）利用單程形狀記憶效應(yīng)的單向形狀恢復(fù)。如管接頭、天線、套環(huán)等。

　　（2）外因性雙向記憶恢復(fù)。即利用單程形狀記憶效應(yīng)并借助外力隨溫度升降做反復(fù)動作，如熱敏元件、機器人、接線柱等。

　　（3）內(nèi)因性雙向記憶恢復(fù)。即利用雙程記憶效應(yīng)隨溫度升降做反復(fù)動作，如熱機、熱敏元件等。但這類應(yīng)用記憶衰減快、可靠性差，不常用。

　　（4）超彈性的應(yīng)用。如彈簧、接線柱、眼鏡架等。

　　醫(yī)學(xué)應(yīng)用：

　　Ti-Ni合金的生物相容性很好，利用其形狀記憶效應(yīng)和超彈性的醫(yī)學(xué)實例相當(dāng)多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、腦動脈瘤夾、接骨板、髓內(nèi)針、人工關(guān)節(jié)、避孕器、心臟修補元件、人造腎臟用微型泵等。