形状记忆合金

[拼音]：xingzhuang jiyi hejin

[外文]：shape memory alloys

物体在某一温度下受外力变形，去除外力后仍保持变形后的形状，但于较高温度下能自动恢复变形前的原有形状，这就是形状记忆效应。具有这种效应的合金材料称为形状记忆合金（见马氏体相变）。

1938年格雷宁格(A. B.Greninger)等已在铜锌合金中观察到形状记忆效应。1963年美国比勒(W.J.Buehler)等发展出称为Nitinol的镍钛形状记忆合金，并用于航天器。从此对形状记忆效应和形状记忆合金开展了广泛的研究，70年代已制成许多种记忆合金。中国于1978年开始研制，1980年得到应用。表中列出了形状记忆合金的种类以及马氏体转变开始温度M_s和母相转变开始温度A_s。其中最有实用价值的是TiNi基和Cu基形状记忆合金。

机制

形状记忆合金的高温相具有较高的结构对称性，通常为有序立方结构。在M_s温度以下，单一取向的高温相转变成具有不同取向的马氏体变体。当在M_s温度以下使这种材料变形以制成元件时，材料内与应力方向处于不利地位的马氏体变体不断消减；处于有利地位的则不断生长。最后转变成具有单一取向的有序马氏体的元件。如再度加热到A_s点以上，这种对称性低的、单一取向的马氏体发生逆转变时，又形成先前的单一取向的高温相。对应于这种微观结构的可逆性转变，便恢复了材料在高温时的宏观形状，这就是所谓的单程形状记忆。经过某种工艺处理的记忆元件，冷却到M_s以下时，可恢复到低温时的形状，则称为双程形状记忆效应（图1） 。

记忆元件随温度变化而改变形状的过程，就是材料内部马氏体随温度的降低和升高连续生长和消减的过程，这种现象称为热弹性(图2)。一般认为，呈现形状记忆效应的合金必须具有以下特点：

（1）马氏体是热弹性的；

（2）形变是通过孪生而不是滑移发生的；

（3）马氏体是由有序的母相形成的。

应用

形状记忆合金可用于热－机械器件和恒温控制器。例如利用钛镍形状记忆合金丝可以简化自动记录仪的记录笔和指针的驱动机构，取代传统的电动机。发动机用的自动调节装置、恒温器等也使用形状记忆合金。在要求确保管道连接质量、又不能进行焊接操作的地方，可以用形状记忆合金制作紧固件和管道接头。在医疗方面，形状记忆合金已用于矫形等。

参考书目

1. C.M.Wayman & K. Shimizu，Metal Science Journal，Vol.6，pp.175～183，1972.

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