智能材料之形状记忆合金.doc

形状记忆合金概述 赖丽 （四川大学材料成型与控制工程系，四川 成都 610065） 摘要：形状记忆合金是一种新型的功能材料，本文介绍了它的相关概念、微观机理、分类及其在材料学中的地位，及Fe－Mn－Si－Cr－Ni－C系形状记忆合金的制备和各种工艺参数对Fe－Mn－Si－Cr－Ni－C系形状记忆合金的影响，最后对形状记忆合金的应用做了总体介绍。 关键词：形状记忆合金；形状记忆效应；功能材料；应用 Summary of Shape Memory Alloys Lai Li (Department of Material Forming and Control Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China) Abstract：The shape memory alloys are quite fascinating functional materials charaterized by shape memory effect, which lead themselves to a variety of application. In this article, the conceptions concerned, corresponding microcosmic mechanism, the importance in materialsm and applications of the shape memory alloys were introduced, especially for the forming of the Fe－Mn－Si－Cr－Ni－C alloys and the effect of various technics factors on it. Key words：shape memry alloys; shape memry effect；functional materials;application 引言 形状记忆合金(Shape Memory Alloy)作为一种新型功能性材料为人们所认识，并成为一个独立的学科分支，可以认为是始于1963年。当时美国的海军武器实验室(NavaI 0rdinance Laboratory)的W.J.Buchler博土研究小组，在一次偶然的情况下发现，TiNi合金工件因为温度不同，敲击时发出的声音明显不同，这说明该合金的声阻尼性能与温度相关。通过进一步研究，将这种材料制成的细丝的一端弯曲，并靠近点烟火柴火焰，发现弯曲的细丝伸直了，近等原子比TiNi合金具有良好的形状记忆效应(Shape Memory Effect)，并且报道了通过x射线衍射等实验的研究结果．以后TiNi合金作为商品进入市场。给近等原子比的TiNi合金商品取名为Nitinol。这后面3个字母即为该研究组实验室3个英文单词的第1个字母。 某些合金中具有形状记忆效应这一现象的发现，可以追溯列1938年美国哈佛大学的A.B.Greningerh和Mooradian在Cu—Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变,即在加热与冷却过程中，马氏体会随之收缩与长大。1918年前苏联学者Kerdjumov曾预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变。1951年张禄经和T．A．Read报道了原子比为1：l的CsCl型AuCd合金在热循环中会反复出现可逆相变。数年后．T．A．Read又和M．W．Burkard在InTi合金中发现了同样纳可逆相变。一直到60年代初，这种观察到的形状记忆效应只看作是个别材料的特殊现象。甚至在1958年布鲁塞尔国际博览会上展出过用AuCd合金制作的重物升降机，都未引起足够的注意。直到1963年发现TiNi合金具有形状记忆效应之后，对形状记忆合金材料的研究才进入了一个新的阶段。． 70年代初，又发现AuAlNi合金也具有良好的形状记忆效应。到1975年左右，相继开发出具有形状记忆效应的合金达20多种。近几年在不少铁基合金、尤其是FeMnSi基合金和不锈钢中也发现了形状记忆效应，有些很快在工业界获得了应用。1975年至1980年左右，对形状记忆合金的形状记忆效应机制、以及和形状记忆效应密切相关的相变伪弹性效应，或叫超弹性、拟弹性(Pseudoe－lasticity)机制开展了世界规模的研究。研究中发现，凡是具有完全形状记忆效应的合金都具有相变伪弹性效应，有的合金可以实现双程形状记忆效应(Two Way Shape Memory Effect)，有的可以实现全方位形状记忆效应(All Round Shape Memory Effect)，有的可以实现逆向形状记忆效应(Inverse Shape Memor