形状记忆合金的性能.pptx

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1、形状记忆合金的性能（3）双程形状记忆效应双程形状记忆效应(Two Way Shape Memory EffectTWSM)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。TWSM是指合金加热到Af以上温度时，会恢复高温时的形状，冷却到Mf以下温度时，会恢复低温时的形状，如此反复进行。一般而言，合金需经过一定的训练才具有TWSM。具有TWSM的合金可用于制作各种驱动器。（4）全程形状记忆效应全程形状记忆效应(All-roundShapeMemoryEffectARSM)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。（参见P109图）三

2、种记忆效应如下图所示。第1页/共11页形状记忆合金的应用形状记忆材料是智能材料一个重要的分支。形状记忆材料自身具有优异的性能，诸如形状记忆效应，伪弹性或高的回复形变，良好的抗震性和适应性。形状记忆效应是指可通过热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激，触发材料响应，从而可能改变材料的技术参数，诸如形状、位置、应变、硬度、频率、抗震、摩擦等动态或静态特征。到目前为止，具有形状记忆效应的材料有记忆合金、陶瓷、高聚物、凝胶。由于形状记忆材料容易制成薄膜、纤维或线、颗粒等形式，容易与其他材料结合形成复合材料，其发展越来越受到重视第2页/共11页形状记忆合金的应用（1）记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中

3、记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中 1969年7月20日，“阿波罗”11号登月舱在月球着陆，宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线，用以向地球发送和接受信息。数米大的天线装在小小的登月舱里送上了太空。天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到月面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。形状记忆合金可以用作航天器上的轻型温度控制调节器。在太空中形状记忆合金可以被用来在航天器发射之后释放太阳能电池板 第3页/共11

4、页形状记忆合金的应用利用镍-钛(Ni-Ti)系形状记忆智能材料研制试验了宇宙飞船的无线电通信天线，其制法和应用的示意图如图6所示。首先前Ni-Ti合金丝加热到65高温，使其转变为奥氏体物相(图中a)，然后将合金丝冷却，冷却到65以下合金丝转变为马氏体。在室温下将马氏体合金丝切成许多小段，再把这些合金丝弯成天线形状，并将天线中各小段相互交叉处焊接固定(图中b)，然后把这天线压成小团，使天线的线度减小到十分之一，以便于宇宙飞船携带(图中c)。当需要使用天线时，只需把这天线小团加热到77，使马氏体完全转变为奥氏体，天线便会自动张开，完全恢复天线原来的大小和形状(图中d)第4页/共11页形状记忆合金的

5、应用（2）机械领域方面的应用用记忆合金制成的汽车车身，如车身被撞瘪，只要用开水浇注凹陷的地方，车身在较高温度作用下，就能恢复原来的形状。因为记忆合金“记下”自己在较高温度下被制成的车身形状。我们完全可以设想：假如用记忆合金材料造一辆赛车，那么，即使车被撞得面目全非，只要烤烤火或者泡个热水澡，“报废”的赛车就会像瘪了的乒乓球一样恢复原样，重新上路！记忆合金材料夹制在汽车轮胎中，紧急刹车，摩擦生热，使加在轮胎中的合金丝动作，从而有效刹车。第5页/共11页形状记忆合金的应用记忆合金的出现，也导致了许多记忆合金部件或装置的发明。利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。形状记忆合金的

6、最早应用是在管接头和紧固件上。用形状记忆合金加工成内径比欲连接管的外径小4的套管，然后在液氮（200多）温度下将套管扩径约8，装配时将这种套管从液氮取出，把欲连接的管子从两端插入。当温度升高至常温时，套管收缩即形成紧固密封。这种连接方式接触紧密能防渗漏，远胜于焊接，特别适合用于航空、航天、核工业及海底输油管道等危险场合。美国航空专家用记忆合金制成各种机械接头。这种机械接头是在较低温度下，将两个管子扣在一起。在常温下，由于记忆合金恢复原形，从而使接头紧锁在一起，绝不会脱开。1970年，这种接头被应用在F-14型战斗机上（油压系统的镍钛合金管接头），已使用了数百万只；美国海军使用的镍钛合金管接头至

7、今已30万个以上；尚未有漏油或失事的报告。第6页/共11页机械领域方面的应用NiTi记忆合金复合材料提高冲击韧性：产生残余压应力，或者利用应力诱发A-M相变吸收能量，提高韧性。NiTi记忆合金主动控制裂纹产生和扩展：NiTi记忆合金电阻率大且对应变敏感，可做成电阻应变片，实现对裂纹和损伤的主动探测和控制；利用记忆合金的回复力使裂纹闭合。NiTi合金主动控制振动：NiTi记忆合金可灵敏地感知振动，通过对NiTi合金加热或者冷却产生驱动力，可有效控制振动（参见P134图）。加热或冷却需要时间，尽限于控制低频振动。第7页/共11页形状记忆合金的应用（3）形状记忆合金在能源开发上也是大有作为的早在19

8、73年，美国就制成了镍钛形状记忆合金热机（热发动机）。美国发明家班克斯用记忆合金制成一台热机。这台热机利用记忆合金丝在温度相差几十度的水中的形状变化，从而输出功率。它既不需要燃料，也不需要电能，而且不排放废气。它的问世，轰动了世界。目前科学家正在做进一步的研究，以使它早日得到应用。近年来，世界各国研制的形状记忆合金热机大都是回转式的，其中以日本研制成的热机具有代表性。这种形状记忆合金热机有两个直径不同的链轮，链轮上配有一条环形链条。作为传动带的环形链条是用形状记忆合金制成。当环形链条的一侧通过热水加热时，链条便恢复原形，即由于形状记忆合金效应而收缩，使得链条另一侧产生拉力，从而引起链轮转动。而

9、当收缩的链条转到另一侧时，受到冷水冷却便变软而伸长。如此反复加热和冷却，就会使记忆合金链条反复缩短和伸长，结果导致链条带动链轮旋转，即可产生机械力。它的转速达每分钟1000转。第8页/共11页形状记忆合金的应用（4）电子仪器方面的应用在电子仪器方面，形状记忆合金也大显身手，用它制成的各种电磁控制装置，不仅可取代许多电动器，简化结构，而且降低了成本。例如，自动电子干燥箱采用形状记忆合金后性能大为提高。利用形状记忆合金制成（热敏）驱动元件的自动电子干燥箱，由干燥室和内装干燥剂的干燥器组成。在干燥器和干燥室之间有一个闸门，而在干燥器的外侧还装有一个排泄湿气的闸门。在电子干燥箱处于低温时，干燥剂吸收空

10、气中的湿气；而当加热器工作使温度升高时，形状记忆合金弹簧开始动作，关闭内闸门而打开外闸门，使干燥剂中的湿气往外排出，同时切断加热器电源。当温度降到一定值时，在偏压弹簧作用下使用形状记忆合金弹簧复原，同时关闭外闸门，并打开内闸门吸湿和接通加热器电源。这样，两个闸门在形状记忆合金弹簧的控制下，交替地打开、关闭，自动地完成了干燥工作。这种干燥箱的闸门开闭器，采用了镍钛形状记忆合金弹簧和偏压弹簧构成的热敏元件，代替了常用的电磁元件，使干燥箱的体积减小重量减轻，而干燥能力却大为提高。使用形状记忆合金制作的驱动器，可以在低电压、小电流的条件下进行工作，既安全又省电，用一节小号电池就可控制它的开关活动达4万

11、次以上，有些国家已经将这种小巧玲珑的部件用在微型机器人上。第9页/共11页形状记忆合金的应用（5）用于温度控制器形状记忆合金具有感知温度和驱动的双重本领，而所需要的热能可以直接取自周围环境，因而形状记忆合金可制成理想的温度控制装置，用来取代传统的控温装置，使自动控制器不仅能小型化、无声化，而且可提高效率、节约能源和降低成本。例如，现在已将形状记忆金用于灯光调节和遥控门窗开关等方面，取得了较好的效果。电加热水壶手柄控制器（P138图）：水开后，蒸汽吹至记忆合金制作的弹簧上发生马氏体向奥氏体相变，弹簧伸长带动按钮推开电触头，自动切断电源。外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。第10页/共11页感谢您的观看！第11页/共11页