记忆金属

　　记忆金属又叫形状记忆合金。近年来，研究开发的记忆功能材料主要有形状记忆、温度记忆以及色彩记忆等多种，而以记忆金属材料发展Z为迅速。由于记忆金属材料具有优越的性能及广阔的应用前景，因此它已成为21世纪ZD开发的新材料之一。

记忆金属发展史

　　记忆金属是人们Z早发现的记忆功能材料。

　　20世纪50年代初期，美国伊利诺斯大学专家在试验中偶然发现金-镉合金具有记忆形状的功能，继而又发现铟-ta合金也有类似的记忆效应，但因其造价昂贵而未引起重视。

　　1963年，美国海军武器研究所在研究镍-钛合金性能时又偶然发现该合金具有明显的形状记忆效应，同时还具有许多其他金属所不具备的独特优点，如优良的超弹性、耐腐蚀性和防振性等，从而引起了人们的重视，并开始对其进行研究。

　　近年来，记忆金属随着科学技术的迅速发展而崭露头角，现已开发出几十种具有形状记忆功能的合金。目前已投入实用的记忆金属主要有镍一钛系、铜系和铁系或(不锈钢系)三大类。

记忆金属的分类

　　1、镍-钛记忆金属

　　镍-钛系记忆合金是记忆金属材料中性能Z优越而且用途Z广的一种。镍-钛系记忆合金的延展性、形状记忆强度、应变、耐蚀性、电阻及稳定性均较好，但其成本较高。这类合金的形状记忆行为有单向和双向两种，其呈现记忆行为的温度范围可借助合金的改良而加大或缩小。

　　近年来，许多国家正致力于开发一系列改良型镍-钛记忆合金，通过添加其他元素进一步改善其性能，并降低其成本。如添加铜或钒、铝、铬、锆和微量钙可大大改善其韧性、加工性和切削性;又如，在镍-钛-铜系记忆合金中添加稀土元素和硼、硅、磷、硫等元素，可获得恢复特性显著提高的记忆金属。

　　日本住友电气工业公司在镍-钛合金中添加铜(或铝、锆、钒、钴、铁)元素后，经表面处理后拉丝，即可制得色彩漂亮的记忆金属丝，以满足对其装饰性的要求。日本坎托克公司研制的一种镍-钛记忆合金丝直径只有头发丝的一半，具有良好的复合性和可编织性;同时，这种合金富有弹性，对热又十分敏感，因此在汽车阀门、热水器、水量调节阀、小型电热调节器以及胸罩等方面得到广泛应用。

　　2、铜系记忆金属

　　铜系记忆金属比镍-钛记忆合金更便宜且容易加工成型，因此颇具发展潜力。但铜系记忆金属的强度不如镍-钛记忆合金，反复受热的形状记忆能力也衰减较快。为了提高铜系记忆合金的机械性能，可添加微量的钛、锰、锆。铜系记忆金属中性能Z好、应用Z广的是铜-锌-铝记忆合金。铜-锌-铝记忆合金的导热率高且对温度变化敏感，可用于制作热敏元件。

　　美国和日本等国将铜-锌-铝合金应用在温室和育苗室等天窗自控开闭器上，以自动调节室温。但铜-锌-铝记忆合金的电阻率比镍-钛记忆合金小，因此不宜用于通电升温场合。通过在铜-锌-铝记忆合金中添加铁或硅等元素，可提高其耐腐蚀性能。日本东京一家公司开发成功一种具有色彩记忆效应的铜-镍-铝记忆合金，该合金在温度变化时会产生红色、金黄色转变，因此可广泛应用于制作工艺美术品、装饰品、玩具及家电用品等。

　　3、铁系记忆金属

　　铁系记忆金属成本低廉，原料丰富，更具有竞争力。已经开发的铁系记忆金属有铁-锰合金、铁-铂合金以及不锈钢系记忆金属等。通过在铁-锰合金中添加硅，可获得具有良好形状记忆效应的铁-锰-硅记忆合金。

　　铁-锰-硅记忆合金的强度高，但耐腐蚀性较差。而在这种记忆合金中添加铬，则可大大提高耐腐蚀性。铁系记忆金属目前已在制作管接头、铆钉之类连接件以及夹具等方面获得广泛应用，不仅便于人们安装和操作，而且安全可靠，是很有发展前途的功能材料。

　　日本新开发的不锈钢系记忆金属，不仅形状恢复特性和耐蚀性优异，而且具有很好的切削加工性和耐高温氧化性。它的化学成分除了含有铬、锰、硅和铁主要成分外，还含有一定量的镍或钻、铜、氮等元素。这种不锈钢系记忆金属可以采用传统的炼钢炉熔炼，并且可以利用普通方法制成成品，应用范围很广。

记忆金属的制备

　　1、自蔓延高温合成法

　　自蔓延高温合成法也称燃烧合成法，其实质是燃烧合成。具体流程是将按一定比例配置好的合金元素粉末均匀混合，并施加压力形成一定的形状后，在一定温度下置于保护气体中局部点燃，使反应自蔓延传播，待燃烧完毕后便可生成化合物。

　　按照燃烧方式的不同，自蔓延可分为热爆模式和层燃模式。自蔓延燃烧合成法可制备非平衡态、非化学计量比和功能梯度材料，具有合成速度快、节能及产物纯度高、多孔、离散性大等优点。

　　2、常规粉末烧结法

　　以镍钛合金为例，常规粉末烧结法是将镍、钛金属粉末混合均匀后，在某一较高的温度下长时间烧结，形成合金。反应过程中，钛原子的迁移扩散速率较镍原子的迁移扩散速率大，故钛原子更易于扩散至镍颗粒间并与其化合，钛原子处则由于没有扩散来的原子补偿，会形成微孔，这一现象被称为柯肯达尔效应。由于柯肯达尔效应的作用，长时间烧结的镍、钛金属粉末Z终获得多孔的镍钛合金。

　　常规粉末烧结法的工艺过程简单易行、反应可控、技术要求低。但同时反应方式的局限性也导致生产过程费时、材料孔隙率低、孔隙尺寸不大及合金组织均一性不高等缺点。

　　3、热等静压法

　　热等静压法也是利用金属粉末烧结成型的原理，是目前制备记忆金属的教有效和较理想的手段。热等静压法是将特定气体作为压力媒介，在加热烧结过程中对粉体或坯料施加气体压力来制备合金的方法。

　　由于气体本身的性质，无论被成型材料几何形状如何，气体产生的高压力均能保持其各个方向上受压力相同或相近。同时，高压气体也能像液体一样渗入粉体或坯料中的空洞，这样，在高温高压的共同作用下，合金内部的缺陷和孔洞易被消除，晶体组织结构改善，并伴随着材料致密度和强度大幅提高，综合性能优异。但热等静压法继承了烧结法烧结时间长的缺点，设备投入也较大。

记忆金属的应用

　　1、记忆金属在机械电子产品中的应用

　　1970年美国用记忆金属制作F-14战斗上的低温配合连接器，随后有数以百万以上的连件的应用。记忆金属作为低温配合连接在飞机的液压系统中及体积较小的石油、石化、电工业产品中应用。另一种连接件的形状是焊接的网状金属丝，用于制造导体的金属丝编织层的安全接头。这种接件已经用于密封装置、电气连接装置、电子工程机械装置，并能在-65～300℃可靠地工作。

　　将记忆金属制作成一个可打开和关闭快门的弹簧，用于保护雾灯免于飞行碎片的击坏。用于制造精密仪器或精密车床，一旦由于震动、碰撞等原因变形，只需加热即可排除故障。

　　2、记忆金属在航空航天工业中的应用

　　记忆金属已应用到航空和太空装置。如用在飞机的液压系统中的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的记忆金属材料。

　　还可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用记忆金属在高温环境下制做好天线，再在低温下把它压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳的强烈的辐射使它恢复原来的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。

　　3、记忆金属在生物YL方面的应用

　　用于医学领域的镍钛记忆金属，除了利用其形状记忆效应或超弹性外，还应满足化学和生物学等方面的要求，即良好的生物相容性。镍钛可与生物体形成稳定的钝化膜。在医学上镍钛合金主要应用有：

　　(1)牙齿矫形丝

　　用超弹性镍钛合金丝和不锈钢丝制作牙齿矫正丝，二者相比，超弹性镍钛合金丝更加适宜。用镍钛合金作牙齿矫形丝，即使应变高达10%也不会产生塑性变形，而且应力诱发马氏体相变使弹性模量呈现非线型特性，即应变增大时矫正力波动很少。这种材料不仅操作简单，LX好，也可减轻患者不适感。

　　(2)脊柱侧弯矫形

　　外科中用镍钛记忆金属制做各种骨连接器、血管夹、凝血滤器以及血管扩张元件等。同时，它正被广泛应用于口腔科、骨科、心血管科、胸外科、肝胆科、泌尿科、妇科等。

　　由记忆合金镍钛诺制成的勺子，当勺子被放到热水中时，勺柄就会自动弯折成90度角。这样一来，喝汤、喝咖啡也就更方便了。用完之后只需让勺子自然冷却即可恢复原样。

　　4、记忆金属在日常生活中的应用

　　在家庭生活中，已开发的形状记忆阀可用来防止洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤。由于镍钛合金所具有的柔韧性，使它们广泛用于改变眼镜时尚界。

　　用超弹性镍钛合金丝做眼镜框架，即使镜片热膨胀，该记忆金属丝也能靠超弹性的恒定力夹牢镜片。这些超弹性合金制造的眼镜框架的变形能力很大，而普通的眼镜框则不能做到。

　　使用超弹性镍钛金属丝做蜂窝状电话天线是记忆金属的另一个应用。过去使用不锈钢天线，由于弯曲常常出现损坏问题。镍钛记忆金属丝移动电话天线具有高抗破坏性，受到人们普遍欢迎。