仪表用新材料—形状记忆合金

简述马氏体相变中的热弹性、伪弹性和形状记忆效应、概略介绍形状记忆合金的条件及其特性;举例说明形状记忆合金在工业上的应用,包括在控温仪表中的一些应用。最后根据目前的认识,阐明形状记忆效应的机制。     

纳米形状记忆合金的零滞后超弹性行为

形状记忆合金因具有形状记忆效应和超弹性等奇异的功能特性而受到广泛关注。但是,受限于一级马氏体相变的原理性制约,形状记忆合金的超弹性行为长期以来存在着能量耗散大的难题,并因此降低了材料的精密控制、疲劳性能和能量转化效率等,成为这类材料在高性能领域使用的瓶颈之一。从相变形核的角度综述了相关降低形状记忆合金超弹性能量耗散的研究工作,指出了通过降低材料相变能垒进而降低超弹性能量耗散的两个可行方案:(1)弱化自发晶格畸变量;(2)引入空间不均匀性。现有的分子动力学模拟发现纳米尺度的形状记忆合金由于其奇异的核-壳结构而同时满足以上两个解决方案,从而使得块体材料中强烈的一级马氏体相变转变为纳米尺度下的连续相变,导致材料出现奇异的零滞后的超弹性行为。这一理论也得到了近期实验的支持,从而为设计具有窄滞后超弹性行为的形状记忆合金提供了新思路与新方法。     

承受各种循环加载的TiNi形状记忆合金的超弹性变形行为

TiNi形状记忆合金由于其优良的机械性能、抗腐蚀能力和生物适应性得到广泛的使用。超弹性是TiNi形状记忆合金重要的力学性能之一。本文通过实验研究了不同加载速率和不同实验温度下承受完全循环加载以及部分加载卸载的TiNi形状记忆合金超弹性变形行为。分析了循环变形期间马氏体相变应力和弹性模量变化的特性。研究表明在完全循环加载过程中，由于残余应变的存在，马氏体相变应力随循环增加而减小。马氏体相变应力的变化量（即残余应力）与残余应变成线形关系。对于受过循环变形的机械训练的TiNi形状记忆合金，研究了部分加载和卸载情况下其超弹性变形，分析了相变开始与结束的应力特性。     

TiNi基高温形状记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应

综述了Ti-Ni基高温形状记忆合金中的马氏体相变和形状记忆效应最近研究进展。Ti-Ni基高温形状记忆合金主要包括用Ti-Ni-Pd,Ti-Ni-Pt,Ti-Ni-Zr和Ti-Ni-Hf等。对Ti-Ni基高温形状记忆合金体材料、薄带和薄膜中的马氏体相变、组织结构、形状记忆效应以及超弹性性能等进行了评述和归纳。值得注意的是,通过适当的时效处理可调节相变温度,显著改善Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的开头记忆效应和超弹性性能,其主要原因在于时效的Ti-Ni-Hf合金中析出纳米级析出相导致基体强度升高。采取适当的制备和加工方法,提高合金的马氏体相变温度,改善合金的开头记忆效应,是当前TiNi基形状记忆合金研究的主要发展趋势。     

超弹性NiTi合金循环相变诱发塑性本构模型

为定量描述镍钛形状记忆合金循环相变诱发塑性导致的超弹性退化行为,在广义粘塑性框架下对Graesser模型进行了拓展,考虑了奥氏体和马氏体弹性模量的差异以及马氏体非线性硬化行为,引入循环相变过程中相变应力和残余应变的演化方程,建立了超弹性Ni Ti合金循环相变诱发塑性本构模型,总结了模型参数确定方法.通过镍钛形状记忆合金微管的循环相变试验结果和模拟结果的对比表明,提出的模型能够很好地预测镍钛形状记忆合金的循环相变诱发塑性行为。     

轧制NTi合金的转变行为

NiTi形状记忆合金具有优良的耐磨和耐腐蚀性能,在从高温相到低温相(单斜)的热弹性马氏体转变,或是从高温相到中间相再向低温相转变中,会产生伪弹性和形状记忆效果.     

TiNi基形状记忆合金的疲劳行为研究现状

疲劳性能是评价形状记忆合金优劣的重要指标之一.对TiNi基形状记忆合金的疲劳概念进行了延伸,详尽介绍了旋转弯曲疲劳法(Bending rotation fatigue)测试形状记忆合金的疲劳性能,总结了记忆效应疲劳和超弹性疲劳的机理和研究现状.此外,指出了现阶段形状记忆合金疲劳行为研究存在的不足.     

形状记忆合金薄膜在微机电系统中的应用

形状记忆合金（SMA）薄膜因其特有的形状记忆合金效应，超弹性行为以及薄膜材料所特有的优越性能，而在微机电系统中的微驱动器和微传感器方面极具应用潜力，本文主要介绍了以TiNi基合金为主的形状记忆合金薄膜在微驱动器和微传感器上的国内外应用性研究现状，并展望了其未来的发展趋势。     

形状记忆合金在医疗器械领域的应用前景分析

形状记忆合金具有独特而优异的功能特性,比如超弹性、记忆性和阻尼性能,同时还具有优异的生物相容性、耐腐蚀性、耐磨性和综合力学性能。因此,形状记忆合金制品在航空、航天、舰船和医疗等领域具有广阔的商业化应用前景。形状记忆合金所具有的372功能特性来源于其内部特殊的相变机制,     

高性能Cu基形状记忆合金组织设计研究进展

Cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展前景的一类形状记忆合金。但普通多晶组织Cu基形状记忆合金在应用时存在塑性差、易发生晶界开裂、疲劳寿命短、马氏体相变临界应力低等问题,严重制约了其应用范围,通过合理的组织设计可有效解决这些问题。综述了近年来高超弹性、高马氏体相变临界应力Cu基形状记忆合金组织设计方面的研究进展。研究发现,按照获得具有高相变应变的晶粒取向、获得大的晶粒尺度、获得平直的低能晶界等组织设计原则制备的竹节晶组织和柱状晶组织Cu基形状记忆合金的超弹性可达到7%以上。再经热处理析出贝氏体强化相后,可获得超弹性大于5%,马氏体相变临界应力大于650 MPa的优秀性能。     

钛镍合金大塑性变形加工技术研究进展

钛镍（TiNi）形状记忆合金具有十分优异的形状记忆效应和超弹性、耐腐蚀性、耐磨性和生物相容性,是形状记忆合金家族中最重要的一员,在航天航空、机械、化工、电子、医学等领域得到了广泛应用^[1]。近年来,大塑性变形作为细化晶粒的方法,已经得到学术界的广泛认可。形状记忆合金因其室温下具有较好的非晶化性能而引起材料学者的广泛关注^[2-4]。     

形状记忆合金研究进展与高熵形状记忆合金

形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性、良好的耐蚀性及力学性能等,是一种极具发展潜力和应用价值的功能材料,形状记忆合金自研发之初就受到了人们的广泛关注,目前已在诸多领域得到了广泛应用。系统总结了形状记忆合金的种类、制备方法、主要应用领域和最新的研究成果等,重点综述了目前研究的热点——高熵形状记忆合金的研究进展,并从合金成分、热机械处理、相结构3方面阐明了影响高熵形状记忆合金性能的因素,理清了阻碍形状记忆合金发展的主要因素,分析了高熵形状记忆合金的研究价值,并对形状记忆合金的未来发展方向进行了展望。     

铜基形状记忆合金耐热稳定性的研究

综述了铜基形状记忆合金耐热稳定性(热弹性马氏体的稳定化、母相时效效应、热循环效应)，以及提高铜基形状记忆合金耐热稳定性的途径。     

具有损伤自修复功能的智能混凝土梁

研究了一种具有损伤自修复功能的智能混凝土梁.将常温下处于奥氏体状态的形状记忆合金和内含修复胶粘剂的修复纤维管,预埋在混凝土的受拉区或易产生裂缝的位置;利用形状记忆合金的超弹性特性和受限回复产生较大驱动力的特性,控制并恢复结构、构件的变形和挠度,减轻台风、地震的冲击,提高结构的抗灾性能,确保其安全性;利用修复胶粘剂对裂缝的填充、修复特性,恢复混凝土的强度,提高结构的耐久性.试验结果表明,形状记忆合金显著的提高了梁的变形能力;一旦外力消失,梁在形状记忆合金超弹性效应的驱动下,挠度迅速恢复,裂缝闭合;试件再次受力时,经修复胶粘剂修复后的裂缝未再次开裂,而在试件中出现了新的裂缝.     

铁基形状记忆合金马氏体相变研究进展

铁基形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性取决于合金的马氏体相变特征,掌握铁基合金的马氏体相变规律是开发和优化铁基形状记忆合金的前提。根据马氏体相变类型将目前发现的铁基形状记忆合金分成3类：Fe-Mn-Si系,Fe-Ni-Co系和Fe-Pt／Fe-Pd系,分别阐述了3类铁基形状记忆合金马氏体相变的研究进展,总结了铁基合金形状记忆效应的不同机理和影响马氏体相变特征的各种因素,探讨了开发新型铁基形状记忆合金的需要关注的方向。     

NiTi形状记忆合金疲劳行为的研究现状

NiTi形状记忆合金具有比其它同类合金更优良的力学性能、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点,广泛应用于工程、民用和医学领域.综述了NiTi形状记忆合金疲劳行为的研究现状;对其疲劳行为及其机制的研究,有助于进一步提高NiTi形状记忆合金的性能并延长它的寿命.     

形状记忆合金超弹性本构关系的神经网络模型

通过试验，研究了受过循环变形、具有稳定超弹性变形性能的形状记忆合金丝在拉伸到不同应变幅值条件下卸载的超弹性变形行为。根据试验测得的结果，提出了基于神经网络的形状记忆合金超弹性本构关系模型，并把模型计算的结果和实验数据进行了比较分析，结果表明，该模型具有很高的精度。该模型避免了已有模型在参数确定上的困难，具有一定的工程应用价值，为建立形状记忆合金本构模型提供了一个新的思路。     

航空发动机变形齿的新材料设计与力学性能

为了克服航空发动机变形齿在循环使用过程中容易出现螺栓松弛和脱落等问题,本研究拟将呈梯度分布状态的形状记忆合金材料应用于航空发动机变形齿的设计中,构成由碳纤维复合板基片和形状记忆合金材料梯度复合而成的功能梯度变形齿装置。首先,给出了呈梯度分布状态的形状记忆合金复合材料层合板在变温作用下的热弹性本构模型;然后,对形状记忆合金层合板进行不同层数和组分含量设计,根据不同设计方案对航空发动机变形齿装置进行有限元建模,仿真分析该装置在变温作用下的应力分布、尖端挠度和应变分布等热力学性能;最后,结合正交分析,讨论不同设计因素对变形齿力学性能的影响。本工作可为形状记忆合金智能材料的进一步研究及其在航空航天等领域的工程应用提供理论基础与技术支撑。     

智能复合材料宏细观力学性能的理论预测与数值分析

利用理论和数值方法研究了形状记忆合金增强复合材料的宏细观力学性; 能预测复合材料的宏观本构列式和弹性基体约束下的形状记忆合金的相变特性。建立了宏观性能参量与细观相变过程的联系。一维变形状态下的数值结果表明智能复合材料仍然具有形状记忆效应和拟弹性特性, 但受到组分材料的性能比、体分比和环境变量等参数的显著影响。      

形状记忆合金中Ⅱ型孪晶界面的研究进展

Ⅱ型孪晶是形状记忆合金中热弹性马氏体变体间的一种主要孪生现象,由于Ⅱ型孪晶的孪生面属于无理指数,其孪晶界面原子级别的精细结构在学术界一直存在着很大的争议。主要从实验观察和分子动力学模拟两个方面,综述了形状记忆合金中Ⅱ型孪晶界面的研究成果,并探讨了其尚存的主要问题以及解决这些问题的思路。