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西安華創(chuàng)鎳鈦記憶合金材料-***忘本的材料形狀記憶合金

2018-09-06  來自: 西安華創(chuàng)新材料有限公司 瀏覽次數(shù):4584

       早在六千多年前,人類就發(fā)現(xiàn)并使用了金屬銅,公元前五世紀(jì)前后又逐漸使用了鐵器以及金、銀、鐵、鋁等其他金屬。但是能夠像聰明而智慧的高級(jí)生物那樣具有記憶能力的金屬,人們卻聞所未聞,甚至難以想象。如今,這種能夠“記憶”住形狀的合金,確確實(shí)實(shí)在我們面前出現(xiàn)了,這真令世人大開眼界,拍手叫絕!

       1932年瑞典人奧蘭德在金-鎘合金中觀察到這種“記憶”效應(yīng),但當(dāng)時(shí)尚未引起人們的關(guān)注。1963年,美國(guó)海軍軍械研究所科學(xué)家比勒在一項(xiàng)試驗(yàn)中需要使用鎳-鈦合金絲,但當(dāng)時(shí)領(lǐng)回來的合金絲都彎彎曲曲,無法使用,便將其一根根拉直。但在隨后的試驗(yàn)中,一個(gè)神奇的現(xiàn)象出現(xiàn)了:當(dāng)溫度升到某一個(gè)值時(shí),這些已經(jīng)被拉得筆直的合金絲,突然又魔術(shù)般地恢復(fù)了原形,更令人驚訝的是:形狀的恢復(fù)竟和原來不差分毫!多次反復(fù)試驗(yàn)結(jié)果完全一致,被拉直的合金絲只要到達(dá)某一個(gè)特定溫度后,便立即恢復(fù)原形。就好像一條被“凍”得失去知覺的蛇,當(dāng)溫度升高到某一個(gè)值后,突然“甦醒”過來,重新恢復(fù)“記憶”一般。“形狀記憶效應(yīng)”和“形狀記憶合金”(Shape Memory Alloy,SMA)便由此得名。

       一根由銅鋅鋁組成的形狀記憶合金(稱為CZA合金)彈簧,在其特征溫度(Tm)65℃~85℃(溫度值由材料配方而定)時(shí)預(yù)先加工成形狀(200cm),當(dāng)對(duì)它進(jìn)行熱處理幾分鐘至半小時(shí)后,便“記憶”住了被加工成的形狀。然后在室溫下無論形狀怎樣變化,例1:鎳鈦形狀記憶合金彈簧壓縮成為45 cm,一旦將它的溫度升至Tm后,便重又恢復(fù)成原來被加工成的形狀。例2:鎳鈦形狀記憶合金裝飾花,在65℃~85℃的特征溫度下為開放形式,室溫時(shí)又令其呈閉合花蕾狀,當(dāng)使用熱風(fēng)等使溫度上升至Tm后,金屬花則又會(huì)自行盛開至美麗的原形,動(dòng)作轉(zhuǎn)角可達(dá)180℃,煞是有趣!

       通常,合金材料的高溫相母體被稱為“奧氏體”,而降溫產(chǎn)生相變后的結(jié)構(gòu)被稱為“馬氏體”。據(jù)科學(xué)家們推測(cè),這時(shí)雖然外表沒有變化,但在加熱和冷卻時(shí)結(jié)晶狀態(tài)是各不相同的,在某個(gè)特定溫度下,金屬原子的排列方式會(huì)發(fā)生突變,晶體結(jié)構(gòu)的這種變化常常是可逆的,被稱為“相變”。例如,含Ti和Ni各為50%的記憶合金,即存在著菱形和立方體兩種晶體結(jié)構(gòu),在某個(gè)特殊溫度時(shí)這兩種晶體結(jié)構(gòu)能相互轉(zhuǎn)換,形狀也就隨著結(jié)構(gòu)類型而改變。隨后的研究還發(fā)現(xiàn),除鎳鈦合金外,還先后發(fā)現(xiàn)銅-鋅、金-鎘、鎳-鋁等約二十余種合金也具有記憶功能,但其中“記憶力”強(qiáng)的當(dāng)屬鎳鈦合金。

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