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博猫官方登录永不忘本的材料形状记忆合金

时间:2018-07-01 来源:张大丽浏览次数:115

  梦之城客户端登录网址早在六千多年前,人类就发现并使用了金属铜,公元前五世纪前后又逐渐使用了铁器以及金、银、铁、铝等其他金属。但是能够像聪明而智慧的高级生物那样具有记忆能力的金属,人们却闻所未闻,甚至难以想象。如今,这种能够“记忆”住形状的合金,确确实实在我们面前出现了,这真令世开眼界,拍手叫绝!

  1932年人奥兰德在金-镉合金中首次观察到这种“记忆”效应,但当时尚未引起人们的关注。1963年,美国海军军械研究所科学家比勒在一项试验中需要使用镍-钛合金丝,但当时领回来的合金丝都弯弯曲曲,无法使用,便将其一根根拉直。但在随后的试验中,一个神奇的现象出现了:当温度升到一定值时,这些已经被拉得笔直的合金丝,突然又魔术般地恢复了原形,更令人惊讶的是:形状的恢复竟和原来不差分毫!多次反复试验结果完全一致,被拉直的合金丝只要到达某一个特定温度后,便立即恢复原形。就好像一条被“冻”得失去知觉的蛇,当温度升高到一定值后,突然“甦醒”过来,重新恢复“记忆”一般。“形状记忆效应”和“形状记忆合金”(Shape Memory Alloy,SMA)便由此得名。

  一根由铜锌铝组成的形状记忆合金(称为CZA合金)弹簧,在其特征温度(Tm)65℃~85℃(温度值由材料配方而定)时预先加工成一定形状(200cm),当对它进行热处理几分钟至半小时后,便“记忆”住了被加工成的形状。然后在室温下无论形状怎样变化,比如如图4-5(a)所示压缩成为45 cm,一旦将它的温度升至Tm后,便重又恢复成原来被加工成的形状。如图4-5(b)所示的镍和钛合金(称为NT合金)形状记忆装饰花,在65℃~85℃的特征温度下加工为图4-5(b)左边的形式,室温时又令其呈闭合花蕾状,当使用热风等使温度上升至Tm后,金属花则又会自行盛开至美丽的原形,动作转角可达180℃,煞是有趣!

  通常,合金材料的高温相母体被称为“奥氏体”,而降温产生相变后的结构被称为“马氏体”。据科学家们推测,这时虽然外表没有变化,在某个特定温度下,金属原子的排列方式会发生突变,晶体结构的这种变化常常是可逆的,被称为“相变”。例如,含Ti和Ni各为50%的记忆合金,在某个特殊温度时这两种晶体结构能相互转换,形状也就随着结构类型而改变。随后的研究还发现,除镍钛合金外,还先后发现铜-锌、金-镉、镍-铝等约二十余种合金也具有记忆功能,但其中“记忆力”最强的当属NT合金Nifinol。但由于NT合金成本昂贵,人们正在寻求廉价的体系材料,其中最有希望的则是铜系形状记忆合金。

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