形状记忆合金的研究与展望

形状记忆合金的研究与展望

摘要：形状记忆合金是新近崛起的一类高科技功能材料。应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。本文简要阐述了目前主要的形状记忆合金的类别及其影响形状记忆效应的因素。

关键词：形状记忆合金；形状记忆效应；马氏体相变

引言

形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）是新近崛起的一类高科技功能材料。这类合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，能够大致上恢复至变形前的形状，这种所具有的回复原始形状的能力，称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)[1]。自该合金发现以来，它以独特的形状记忆效应和超弹性（Superelasticity）而引起人们的注视，并正逐渐得到日益广泛的应用，并在数量上已经跃居马氏体相变研究的首位[2]。形状记忆合金的应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。在应用领域，其发展阶段大致经历了组分的变化及性能的提高。NiTi合金和Cu基合金的开发应用主要集中在上世纪60~80年代，而铁基合金的开发应用相对较晚。但是，这些合金的研究在今年来也一直受到关注，研究从未中断。近年来形状记忆合金研究所取得的进展也主要体现在为NiTi，Cu基和Fe基形状记忆合金开发应用所进行的基础研究的探索上。

1. 形状记忆合金的分类

1.1 钛镍形状记忆合金[3]

1963年，W. Buehler等人在美国海军武器实验室发现了钛镍形状记忆合金具有可逆马氏体相变导致形状记忆效应[4]，随后引起了人们的极大兴趣，并很快得到应用。迄今为止，有TiNi形状记忆合金的研究仍在不断地开展，在一系列的国际会议上，如马氏体相变国际会议（ICOMAT）、欧洲马氏体相变会议（ECOMAT）、形状记忆与超弹性国际会议（SMST），形状记忆材料国际会议（SMM）等，都占有很大比重，在有关智能材料和结构方面的国际会议上也占有一定比重。现在，钛镍合金因其兼具新颖的形状记忆、优良的超弹性等力学性能以及抗化学腐蚀性能与出色的生物相容性能已被广泛地应用于土木、机械、控制、电子等工业领域以及医疗器械中。

钛镍形状记忆合金兼具良好的生物相容性，特别是多孔钛镍形状记忆合金的开发在医用材料领域引起了极大的关注。多孔镍钛形状记忆合金研究开始于20世纪60年代，该材料在刚度、强度以及重量分布等方面最符合生物体的要求。其作为骨、关节和牙根等承力植入材料的修复和替换材料有着广泛的应用前景

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