鎳鈦合金形狀記憶合金的特點(diǎn)及作用

周佳雯

摘 要： 鎳鈦合金形狀記憶合金屬于一種新型的功能材料，已經(jīng)成為當(dāng)前功能材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。本文對鎳鈦合金形狀記憶合金的特點(diǎn)及作用進(jìn)行了分析，旨在對鎳鈦合金形狀記憶合金的未來發(fā)展有一定的啟發(fā)。

關(guān)鍵詞： 鎳鈦合金 形狀記憶合金 特點(diǎn) 作用

鎳鈦合金形狀記憶材料是一種感知與驅(qū)動相結(jié)合的特殊材料，而鎳鈦合金形狀記憶合金則是鎳鈦合金形狀記憶材料中相當(dāng)關(guān)鍵的部分。鎳鈦合金形狀記憶合金是指其形狀在一定的初始狀態(tài)下，經(jīng)過低溫塑形變形成為另一種形狀之后，再經(jīng)過加熱等手段使其溫度上升，重新變形為原始形狀的一類合金。

一、鎳鈦合金形狀記憶合金的特點(diǎn)

（一）形狀記憶性

鎳鈦合金形狀記憶合金通過一定熱處理之后便會自動恢復(fù)形狀，這種變化就是鎳鈦合金形狀記憶合金的形狀記憶特點(diǎn)。形狀記憶能夠依據(jù)恢復(fù)的狀況分為單程形狀記憶、雙程形狀記憶與全程形狀記憶。

（二）超彈性

鎳鈦合金形狀記憶合金在受到外部作用力時會出現(xiàn)變形情況，在除去外部作用力后便會恢復(fù)到原狀，這就是鎳鈦合金形狀記憶合金的超彈性特點(diǎn)。鎳鈦合金形狀記憶合金在出現(xiàn)超彈性變形之后，會直接導(dǎo)致馬氏體相變，而除去外部作用力，又會導(dǎo)致馬氏體逆相變。

（三）阻尼性

鎳鈦合金形狀記憶合金就是因?yàn)橄嘧兊淖晕艺{(diào)整與相變中產(chǎn)生的界面及運(yùn)動，具有非常好的阻尼性。

（四）電阻性

馬氏體的鎳鈦合金形狀記憶合金在變形過程中，其電阻與應(yīng)變之間是線性的關(guān)系。當(dāng)發(fā)生相變發(fā)生之后，其曲線的斜率便會隨之降低，然而在馬氏體相前后也會保持線性關(guān)系。

二、鎳鈦合金形狀記憶合金的作用

由于鎳鈦合金形狀記憶合金具有獨(dú)特的鎳鈦合金形狀記憶合金功能外，還具有超彈性、耐磨損性與抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，因此在多個領(lǐng)域得到非常廣泛的運(yùn)用。

（一）機(jī)械工程

鎳鈦合金形狀記憶合金在機(jī)械行業(yè)的運(yùn)用最初是在管接頭及緊固件上。具體來說在機(jī)械零件的連接、管道等，飛機(jī)進(jìn)行空中加油的接口處，使用鎳鈦合金形狀記憶合金加工成為外徑比內(nèi)徑大3%的套管，并且在一定溫度下將套管的擴(kuò)徑大概為8%。在裝配是把套管從液氮中取出來，并且將管子從兩端插入，如果溫度升至常溫，則可以利用電加熱改變溫度，空中加油接口處鎳鈦合金形狀記憶合金變形，鎳鈦合金形狀記憶合金加工而成的套管收縮便形成緊密封，從而實(shí)現(xiàn)緊密不漏油，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的焊接。因此，鎳鈦合金形狀記憶合金尤其適合航空航天、船艦、輸油管道等領(lǐng)域。在施工不便的位置，可以使用鎳鈦合金形狀記憶合金制成銷釘，裝進(jìn)孔中進(jìn)行加熱。因此，利用鎳鈦合金形狀記憶合金的感溫驅(qū)使多重功能，制作機(jī)器人、機(jī)械手等。

（二）建筑行業(yè)

前面提到鎳鈦合金形狀記憶合金具有的各種特性，結(jié)合鎳鈦合金形狀記憶合金的結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的阻尼，降低結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)，從而制作出各種形式的阻尼耗能裝置。還可以利用鎳鈦合金形狀記憶合金設(shè)計隔振器，通過鎳鈦合金形狀記憶合金的變形增加變形位移耗能，防止結(jié)構(gòu)地震能量向上部結(jié)構(gòu)的輸送，從而保護(hù)上部結(jié)構(gòu)，真正增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（三）航空航天工業(yè)

在飛機(jī)液壓系統(tǒng)中，基本上每架飛機(jī)都需要使用八百個鎳鈦合金形狀記憶合金接頭。自上個世紀(jì)70年代以來，美國大多數(shù)海軍飛機(jī)都使用這種管接頭，并且沒有失效的記錄。另外，鎳鈦合金形狀記憶合金還可以使用在飛船的天線、機(jī)電執(zhí)行元器件上等。

（四）汽車行業(yè)

鎳鈦合金形狀記憶合金主要用于發(fā)動機(jī)放熱風(fēng)扇離合器、排氣噴管、柴油機(jī)散熱器等。

（五）醫(yī)療領(lǐng)域

鎳鈦合金形狀記憶合金具備較高的力學(xué)性能與生物兼容性，使其在醫(yī)療領(lǐng)域獲得廣泛的運(yùn)用。如牙齒矯正、外科整形、心血管微創(chuàng)等方面；血栓濾器實(shí)際上也屬于鎳鈦合金形狀記憶合金的新產(chǎn)品；被拉直的濾器在植入靜脈后，會隨時間的推移逐漸形成網(wǎng)狀，阻止超過90%的凝血塊流向心臟、肺部等器官。另外，醫(yī)療臨床試用中應(yīng)用鎳鈦合金形狀記憶合金的還有手術(shù)縫合線、人工關(guān)節(jié)、人造心臟等。

三、形狀記憶合金的發(fā)展趨勢簡析

（一）鐵基形狀記憶合金

鐵基形狀記憶合金具有很強(qiáng)的加工性、較高的性價比等優(yōu)勢，備受社會多個領(lǐng)域的關(guān)注。近期的研究工作主要在相變機(jī)制及其影響因素方面。選定合適的形狀記憶合金進(jìn)行分配和摸索，提高制備工藝的水平，同時改善合金的性能。

（二）磁性形狀記憶合金

這種形狀記憶合金會在磁場的巨大作用下產(chǎn)生應(yīng)變，并且把形狀記憶合金的工作頻率從溫控的狀態(tài)提升到磁控狀態(tài)，充分發(fā)揮磁性驅(qū)動形狀記憶合金的功能。磁性形狀記憶合金制造的傳感器、驅(qū)動元器件在石油行業(yè)、電子領(lǐng)域和航天航空工業(yè)中都發(fā)揮重要的作用。

（三）高溫形狀記憶合金

許多普通的合金只能夠在100攝氏度下使用，而越來越多的形狀記憶合金能夠在超過100攝氏度的環(huán)境下使用。如核反應(yīng)堆中的形狀記憶合金元件，其動作溫度已經(jīng)超過600攝氏度。所以研究這制造高溫形狀記憶合金已經(jīng)成為一個重要趨勢，高溫形狀記憶合金在多個領(lǐng)域的使用具有很好的前景。

四、結(jié)語

本文對鎳鈦合金形狀記憶合金的特點(diǎn)及其作用進(jìn)行了分析，雖然當(dāng)前對于鎳鈦合金形狀記憶合金的研究與開發(fā)不夠深入，但是隨著鎳鈦合金形狀記憶合金在多個領(lǐng)域行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，其性能會得到不斷發(fā)展和完善，鎳鈦合金形狀記憶合金發(fā)揮的作用會越來越大。

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