形状记忆合金的应用

形状记忆合金是一种新型的功能材料，目前在许多领域都得到了应用。本文首先讨论了SMA材料的形状记忆原理，针对现行损伤模拟方法无法模拟结构损伤形成积累过程的不足之处，提出了将形状记忆合金SMA材料应用于损伤可控构件制作的方法，并介绍了形状记忆合金在机械、工程、电子以及医学领域的应用，并对前景作了分析。     

高温形状记忆合金的研究进展

介绍了高温形状记忆合金马氏体转变温度的影响因素及其在使用过程中对性能的要求,并综述了钛镍钯/铂、镍钛锆/铪、镍锰镓等几种主要高温形状记忆合金的研究进展,最后对今后的研究方向进行了展望。     

不同载荷下形状记忆合金管接头性能的有限元分析

采用形状记忆合金（SMA）的本构方程分析了管接头，考虑了不同边界和载荷对管接头系统的影响，得出了管接头系统的应力分布。结果表明，管接头的两端内边沿、中间内壁部分的交界面处均是产生裂纹或脱粘的危险部位，垫层的存在有助于提高管接头系统的连接强度。     

铁锰硅铬镍形状记忆合金的形状记忆效应

在铁基形状记忆合金中加入铬和镍以增加合金的形状记忆效应和提高其耐腐蚀性。较详细地研究了合金成分、预变形方式及训练对FeMnSiCrNi合金形状记忆效应的影响。结果表明：Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni成分的合金具有较佳的形状记忆效应；合金的形状记忆效应随预变形量的增加而下降；合金经训练后形状记忆效应大幅度提高，特别是第一次训练的效果最显著。     

铁基形状记忆合金管接头在油田管道连接中的应用

将铁基形状记忆合金管接头应用于油田防腐管道的连接、密封、堵漏,可避免管道内防腐层的破坏和焊接热影响区的腐蚀问题.介绍了铁基形状记忆合金管接头连接管道的基本原理,连接效果的影响因素,并对其进行了水压和拉拔试验,其密封性能、耐压性能和抗拉拔性均符合工程要求.现场连接试验表明,铁基形状记忆合金管接头用于油田防腐管道的连接可成功解决环氧粉末内喷涂钢管补口问题.     

形状记忆合金的应用现状与发展趋势

综述了形状记忆合金的发展概况,简要介绍了形状记忆合金在不同领域的应用现状,分析了当前形状记忆合金研究中存在的问题,指出了今后的发展前景与研究方向。     

NiTi形状记忆合金激光焊接的研究进展

NiTi形状记忆合金因具有良好的形状记忆效应、超弹性、耐蚀性及生物相容性等被应用于生物医疗、航空航天及汽车等领域。激光焊接作为材料连接领域的重要技术之一,在NiTi形状记忆合金上的应用也受到了广泛关注。详细总结及分析国内外研究工作中关于NiTi形状记忆合金激光焊接接头的显微组织、力学性能、耐蚀性及生物相容性等方面的研究进展,同时分析如何提升NiTi形状记忆合金激光焊接质量的措施与机理。激光焊接过程中焊缝处镍元素的蒸发及热影响区内含镍金属间化合物的析出是导致焊接接头质量降低的根本原因,尽管通过工艺控制、焊缝合金化或焊后热处理等可提高焊接接头质量,但从目前结果来看仍有进一步提升的空间和需求。最后,结合现有研究进展及课题组的实际工作,给出NiTi形状记忆合金激光焊接未来可能的研究方向,旨在为后续的研究提供参考与借鉴。     

形状记忆合金旋转驱动器结构设计方法

形状记忆合金是一种高效的驱动器.当使用形状记忆合金以较大的驱动力和驱动行程进行双向驱动时,需要增加偏置机构来完成对称动作.使用弹簧等作为偏置机构时,需要有持续能源输入维持变形.为克服这种缺陷,利用形状记忆合金单程记忆效应,以链轮链条传动机构作为依托,提出一种基于应变约束条件的旋转驱动器的结构设计方法.结构中以形状记忆合金作为无需能量输入的偏置机构,实现在单程记忆效应下的大行程双向驱动,并可消除链轮链条传动间隙.根据这种结构的特征,给出结构几何参数的设计公式及输出转矩公式,通过试验的方法研究旋转驱动器中形状记忆合金在应变约束条件下的应力应变特征,给出驱动过程中存在的应变死区,修正转角设计函数.     

温控形状记忆合金的驱动响应模型

基于传热学理论和驱动几何关系建立了温控形状记忆合金(SMA)驱动器的驱动响应模型,动态修正了模型中受温度影响的参数值,提高了驱动模型的响应精度,分析并得到了SMA丝正多边形截面边数小于8时提高响应速度的规律。基于理论分析结果,测试了直径1.2 mm、长度10πmm、初始圆心角30°的SMA丝在电流6A下的驱动响应,响应模型的计算结果同实验结果的对比表明,驱动全过程的最大误差(驱动终点)降至1.8 s,模型能较精确地描述驱动过程。     

添加Re及Zr对CuAlMnZn合金弹性回复率的影响

介绍在CuAlMnZn形状记忆合金中添加适量的Re和Zr,在经过800℃保温10min,冷却至585℃保温150min,水淬至室温的热处理条件后,其弹性恢复率得到明显的改善.Re和Zr可起到细化晶粒的作用,从细化效果看,Zr的细化效果明显优于Re.而且Zr还可以提高马氏体相变温度.     

基于形状记忆合金的微小型光热驱动马达

在分析了形状记忆合金双程记忆效应原理的基础上,采用铜锌铝双向记忆合金片,设计并加工制作了两种微小型光热驱动马达,对其进行了驱动实验研究.研究结果表明,用输出波长为1064nm的YAG脉冲激光作为光热驱动马达的驱动源,在适当的输出功率和频率下,棘轮棘爪型光热驱动马达可获得较精确的步距,齿轮传动型光热驱动马达可获得较高的转...     

用形状记忆合金驱动的一种新型蛇形机器人

利用形状记忆合金弹簧和普通钢丝弹簧联接作为动力驱动元件设计制作的一种蛇形机器人，其动作靠电流的通、断来控制。每节均可加热、冷却，使蛇形机器人做前后、左右、转弯运动及绕攀上、下爬行。其制造成本低，能在恶劣环境中工作，特别是在水下工作，可用于在灾害事故中寻找人或物，在细长管道中查找故障，也可用在开发儿童智力玩具中。     

定向凝固制备TiNi形状记忆合金的研究

利用定向凝固技术可制备出具有柱状组织的TiNi形状记忆合金.通过对力学性能测试,研究组织对TiNi合金力学性能的影响.结果表明:具有定向凝固组织的TiNi合金相对于普通铸造的TiNi合金在抗拉强度和断裂延伸率上均有一定的提高;同时C、O杂质元素对TiNi合金的性能影响很大.     

TiNi形状记忆合金与不锈钢钎焊接头的微观组织与性能

采用含Ag50％~68％、Cu10％~30％、Zn12％~20％、Sn0％~10％的银基钎料,通过激光钎焊,改变钎焊 有效热输入(激光输出功率和钎焊时间),研究了TiNi形状记忆合金与不锈钢异质钎焊接头的微观组织和性能。结 果表明:AgCuZnSn钎料对TiNi形状记忆合金和不锈钢的润湿性较好,钎焊接头界面平整、致密,与TiNi形状记 忆合金形成的界面反应层较窄,而与不锈钢形成的界面反应层较宽。钎焊有效热输入对TiNi形状记忆合金热影响 区组织和性能影响较大。钎焊有效热输入量过高,将导致TiNi形状记忆合金侧热影响区组织晶粒粗大、硬度降低、 塑性提高。严格控制钎焊工艺参数可以获得具有较高抗拉强度、形状记忆效应和超弹性的TiNi形状记忆合金与不 锈钢钎焊接头。     

TiNi形状记忆合金/钛合金异种材料激光焊

由于TiNi合金与钛合金的物理和化学性能差异较大,故其焊接性较差,焊缝区易形成大量的金属间化合物并产生裂纹。为实现上述材料的良好连接、提高接头性能,本文对采用激光焊连接0.2mm厚TiNi形状记忆合金和TC4钛合金异种材料进行了探索。分别采用直接对接焊和手工填丝焊的方法,研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,直接对接焊时焊缝中心产生了纵向裂纹;手工填丝焊则通过合适的焊接工艺,改善了焊缝成形,避免了裂纹的产生。较优的焊接工艺参数为功率百分比18%、脉冲宽度3ms、脉冲频率3Hz;在界面区,Ni与TC4形成的过渡层宽度约为2μm,Ni与TiNi形成的过渡层宽度约为0.5μm。接头最大抗拉强度为332MPa,断裂位置发生在靠近TiNi侧的熔合线附近。     

Fretting wear behavior of superelastic nickel titanium shape memory alloy

The fretting behavior of superelastic nickel titanium (NiTi) shape memory alloy was studied at various displacement amplitudes on a serve-hydraulic dynamic test machine. The results showed that the superelastic properties of the material played a key role in the observed excellent fretting behavior of NiTi alloy. Due to the low phase transition stress (only 1/4 the value of its plastic yield stress) and the large recoverable phase transition strain (5%) of NiTi, the friction force of NiTi/GCr15 stainless steel pair is smaller than the value of GCr15/GCr15 pair and at the same time the Rabinowicz wear coefficient of NiTi plate is about 1/9 the value of GCr15 plate under the same fretting conditions. For NiTi/GCr15 pair, even NiTi has a much lower hardness than GCr15, the superelastic NiTi alloy exhibits superior fretting wear property than GCr15 steel. It was found that the weak ploughing was the main wear mechanism of NiTi alloy in the partial slip regime. While in the mixed regime and gross slip regime, the wear of NiTi was mainly caused by the abrasive wear of the GCr15 debris in the three-body wear mode.     

Calculation of mechanical behaviors of shape memory alloy under multi-axial loading conditions

In this paper, for the calculation of the deformation behaviors of shape-memory alloy under multi-axial loading conditions with temperature changes, a two-dimensional mechanical model of polycrystalline shape memory alloy is constructed on the bases of the crystal plasticity and the deformation mechanism of shape memory alloy. In such a model, the orientation of crystal grain in the polycrystal and the loading direction can be considered. The deformation behaviors under some complex loading conditions are calculated with the model, and the results show that they are in good qualitative agreement with the experimental results.     

锰基高强度高塑性高阻尼形状记忆合金研究

用磁悬浮熔炼、测定试样形状记忆效应（SME）、金相法、DSC、断口SEM和自由震动波衰减曲线等研究了高强度高塑性高阻尼的Mn基形状记忆合金的记忆特性,Cu、Ni、Fe、Cr、Ti、N等合金元素的作用。结果表明,Cu溶入愈多,合金的形状记忆效愈高;适当的时效热处理强化合金,提高SME;含Ti、N元素的合金Mn3有最好的SME,回复率达73％。所研究的合金都有明显的双程形状记忆效应,合金Mn3的双程形状记忆效应达21％,比较少见。淬火状态的合金有高的塑性,延伸率达25％,表示有极高的加工工艺性并有良好的阻尼抗震能力。淬火时效状态的合金有高的强度极限,尤其是高的屈服极限（σs=320—475MPa）,适当的塑性（δ=4．2—5％以上）,预示合金有较高的断裂韧性K1c,断裂前会有明显变形预示,提高构件工作安全性。合金元素还能提高所研究合金的抗氧化和抗腐蚀能力。     

A novel shape memory alloy actuated soft gripper imitated hand behavior

The limited length shrinkage of shape memory alloy (SMA) wire seriously limits the motion range of SMA-based gripper. In this paper, a new soft finger without silicone gel was designed based on pre bent SMA wire, and the finger was back to its original shape by heating SMA wire, rather than relying only on heat exchange with the environment. Through imitating palm movement, a structure with adjustable spacing between fingers was made using SMA spring and rigid spring. The hook structure design at the fingertip can form self-locking to further improve the load capacity of gripper. Through the long thin rod model, the relationship of the initial pre bent angle on the bending angle and output force of the finger was analyzed. The stress-strain model of SMA spring was established for the selection of rigid spring. Three grasping modes were proposed to adapt to the weight of the objects. Through the test of the gripper, it was proved that the gripper had large bending amplitude, bending force, and response rate. The design provides a new idea for the lightweight design and convenient design of soft gripper based on SMA.