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形状记忆合金的表征和制造

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2018年12月21日

形状内存合金，有时称为智能合金，是一种在室温下记住预定形状的金属。变形时，当施加热量时，形状内存合金能够恢复其原始形状。Shape Memory合金是Arne Olander在1930年代首次开发的，但直到1960年代初才开始流行。

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图片来源：Asharkyu/Shutterstock.com

形状内存合金非常通用，因此可以应用于多个行业，最著名的是汽车，航空航天，生物医学和机器人领域。这是因为该材料轻巧，可以用作传统风格的致动器的替代品。在生物工程中，形状内存合金长期以来一直用于修补骨折的骨骼，并且由于形状记忆效应而被用于髋关节置换和牙科线。

工业最常用的金属形状记忆材料是Ni-Ti合金，它是镍和钛的混合物，最初是由美国海军军械实验室开发的。但是，研究已开始朝着基于CU的合金以及高温形状的记忆合金转向。大多数基于铜的合金也被发现具有耐腐蚀性。

近年来，对形状记忆合金的主题进行了充分的研究，对每种金属的各种特性和结构都越来越感兴趣。研究表明，智能合金可以通过热，机械和磁性诱导在结构上转化。因此，许多行业一直在寻找形状记忆和超弹性的用途。

形状记忆合金通过在两个晶体结构状态，一个马氏体相和一个奥氏体相之间转移来起作用。这些阶段取决于材料的温度和内部应力。在常规形状的记忆合金中，在温度降低时，马氏体在较高的温度下变为奥斯丁岩，并在温度降低时变成马氏体。可以“编程”金属在不同温度范围内通过这些状态转移，具体取决于合金中使用的金属。例如，Ni-Ti合金系统在温度范围-50°C至110°C之间转换，而IN-TI合金在60°C和100°C的温度范围较小。因此，可以说，形状记忆金属的选择将决定组成。应该注意的是，形状的内存合金是与系统始终回到其首选的低能状态而不是永久变形的想法。除此之外，众所周知，所有形状的内存合金都具有高弹性速率。

传统上，该材料是使用称为热循环的过程训练的。但是，根据NASA的Glenn Research Center的说法，研究人员通过“重新概念化整个稳定过程”来计划其形状记忆合金。这意味着智能材料在固定温度下进行机械循环，以提高相变过程的效率。该制造过程使用同质响应来创建特定于航天公司需求的稳定点。这也意味着培训可以在几分钟内完成，而不是有时可能需要数周的传统方法完成。NASA认为，这种称为Glenn方法的新方法将导致智能记忆合金是对各种工业应用的更实用的解决方案，从航空航天工程到日常用途，例如眼镜框架。