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钛镍Ti-Ni基形状记忆合金
形状记忆合金具有形状记忆效应,能感知温度变化,并能将热能转换成机械能。其中Ti-Ni基因具有良好的形状记忆效应(SME)、超弹性(SE)和髙阻尼性(HD),受到广泛关注和研究。这种材料的特性是:
1、SME
Ti-Ni 基的电阻、变形随温度的变化而变,且母相的强度高于马氏体相。利用此特性,可制成形状记忆复合材料。应用在工程结构中,一旦结构开裂,相应的材料发生应变,使其电阻发生变化从而对结构开裂进行预测。当裂纹需要控制时,系统会对材料加热,当其温度达到逆相变温度时,材料因收缩产生的恢复力使裂缝闭合。
此特性还广泛应用于连接器制造。它第一个工程应用实例是管接头,已用于军用飞机输油管联接。
2、SE
Ti-Ni具有SE特性,在很多应用领域其他材料无法取代。可利用SE特性制作移动通讯设备信号天线、眼镜架、矫形丝、智能传感材料驱动单元、土木工程耗能减震结构等。
3、HD
将高阻尼Ti-Ni基SMA 用于桥梁房屋等大型建筑上,可显著增加系统的阻尼性,在发生地震时可减震,防止建筑因共振而倒塌。
在未来发展方向上,Ti-Ni基形状记忆合金趋向多元化、多孔化、超细化、超薄化、复合化、智能化。
1、多元化
在Ti-Ni基形状记忆合金中添加Cu、V、Al、Cr、Zr 和微量Ca 可改善其韧性、加工性和切削性;在Ti-Ni-Cu系合金中添加B、Si、P、S、RE,可获得高恢复率材料;在Ti-Ni合金中添加Cu、Al、Zr、V、Co、Fe后,经表面处理后拉丝,即可制得色彩漂亮的形状记忆合金丝。以Ti-Ni 合金为基础发展起来的Ni-Ti-Y(Y=Hf,Pd,Pt,Au)合金,使用温度随Y 含量的增加而增高,Ms最高可达1040℃。
2、 多孔化
空隙度为30%~70%的多孔Ti-Ni基形状记忆合金除具有良好的SME、SE 及力学性能外,还具有良好的生物适应性和生物力学协调性,用作生物植入材料,生物组织可向其空洞内生长,稳固性好。
3、超细化
用拉拔方法可制作直径在50~25μm 的Ti-Ni基形状记忆合金线材。用该细丝绕制的外径为100μm的SMA螺旋弹簧可用于外径为2mm 的能动内窥镜的驱动器。
4、超薄化
利用磁控溅射或熔体快淬技术生产的Ti-Ni 基形状记忆合金薄膜(带) 可作为作为的微执行器,研发出微操作机器人,用这种机器人代替人工进行医疗微操作,将会更加精确和可靠。
5、微管
Ti-Ni基还具有优异的耐蚀性和生物相容性,是很好的生物材料,可用作齿根、能动型内窥镜、导尿管等,制作外径在1mm 以下的微管也成了新动向。
总之,Ti-Ni基是形状记忆合金中一类极具研发价值的材料。