形状记忆合金文献综述.doc

PAGE\*MERGEFORMAT5形状记忆合金性能及其应用摘要：形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。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。关键字：形状记忆合金形状记忆合金效应分类应用形状记忆合金简介1.1形状记忆材料是指具有形状记忆效应(shapememoryeffect，简称SME)的材料。形状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。通常称有SME的金属材料为形状记忆合金(shapememoryalloys，简称SMA)。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,应用得最多的是Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)。1.2至今为止发现的记忆合金体系：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、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。1.3形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"，其实用价值相当广泛，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。形状记忆合金效应分类2.1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。2.2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。2.3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。3形状记忆合金材料的应用3.1形状记忆合金在智能系统方面的应用3.1.1SMA在结构振动控制方面的应用研究结构振动控制手段可分为被动控制、主动控制和智能控制。被动控制是利用形状记忆合金材料的超弹性效应和高阻尼特性将其制做为耗能阻尼器。形状记忆合金特有的超弹性变形特性使其变形能力比普通金属材料约大30倍，比阻尼（材料振幅衰减比的平方）可达40%，在小震情况下，形状记忆合金的弹性特性与普通金属相似，在大震时形状记忆合金表现出超弹性大变形能力，有效地消耗地震能量，并可利用其记忆效应使变形恢复。3.1.2SMA在精确定位控制方面的应用阎绍泽，徐峰等提出将SMA传感器与光导纤维制成一体，当温度出现异常时，SMA变形使光导纤维的光导系统出现光能损失，终端得到的散光光强和时间曲线就会出现明显变化,判断异常温度的位置和时间，这种传感系统可用作工厂、大楼的火灾报警装置。3．1.3SMA在故障自监测、自诊断、自修复和自增强方面的应用将产生一定预变形的SMA埋入结构中，通过触发SMA所产生的回复力可降低结构的应力水平，改善其应力分布，提高结构的承载能力，同时也可以防止损伤的发生或损伤的扩展。在承受弯矩或扭矩的构件中加入SMA丝，通过对SMA丝的加热与冷却可做成强度自应结构。在孔板的孔周围埋入SMA丝对其诱发应变，可在孔边产生压应力，能降低孔边的应力集中因子并改善应力分布。在一些大型建筑结构中加入SMA构成智能复合材料系统,通过用复合材料制成的形状记忆合金电缆的加热收缩来防止裂纹的扩展。3.2形状记忆合金在工程中的应用3.2.1机械手形状记忆元件具有感温和驱动的双重功能,因此可以用形状记忆元件制作机器人、机械手,通过温度变化使其动作。3.2.2紧固件形状记忆合金首先用来制作单程元件,最先得到应用的是管接头。1975年,Harrison等就将具有单程形状记忆效应的TiNiFe合金做成管接头,成功地应用于工业生产。据报道,在美国的F214喷气式战斗机的油压管上使用了30多万个形状记忆合金管接头,没有出现过一例漏油事件,可靠性很高。此外,在核潜艇、大口径海底输油管上也都得到应用。在需要拆卸维修的地方,使用具有双程形状记忆效应的合金。拆卸时,只需把管接头冷却到低温即可。在材料的应用上,由于TiNi合金成本高、相变温度低、操作不方便,限制了其应用范围。而铁基合金的相变点高、相变温度滞后大、价格低廉,最适合制作一次动作的管接头,近年来受到国内外研究者的特别关注。近年来,我国开发成功的管接头已在石油、化工、市政