Подробное введение в металл с памятью формы

История развития сплава с памятью формы

Сплав с памятью формы является своего рода материалом с памятью формы с превосходными свойствами. Когда на него воздействует внешняя сила или магнитное изменение, он может сохранять свое предыдущее состояние, что называется эффектом памяти формы. Применение этих материалов очень простое, при этом материалы легко деформируются под действием внешней силы. Когда они нагреваются до определенной температуры внешним или внутренним нагревом, они сжимаются или возвращаются к своей первоначальной форме. В 1932 году шведские физики впервые обнаружили этот эффект памяти формы в сплаве Au CD. К 1938 году Гренингер и Мурадян впервые наблюдали этот эффект памяти формы в сплавах Cu Zn и Cu Sn. До 1969 года SMA впервые успешно применялась в коммерческих целях. Компания Raychem успешно применила никелево-титановый сплав в качестве трубного соединения системы масляного давления истребителя F14 в США и добилась хороших герметизирующих свойств системы масляного давления.

Эффект памяти формы

Эффект памяти формы сплава с памятью формы в основном связан с мартенситным превращением в сплаве. Сплав с памятью формы существует в виде аустенита при более высоких температурах и мартенсита при более низких температурах. Когда SMA нагревается, он начинает переходить из мартенситной фазы в аустенитную. Как есть

Она определяется как температура, при которой начинается аустенитное превращение, а AF — как температура, при которой аустенитное превращение заканчивается. Когда SMA нагревается выше температуры, мартенситная фаза постепенно переходит обратно в аустенитную фазу и возвращается к исходной форме при высокой температуре, что также может происходить в условиях высокой нагрузки. В процессе охлаждения начальную температуру перехода из аустенита в мартенсит определяют как МС, а температуру в конце мартенситного превращения определяют как МП. Температура, при которой мартенситное превращение больше не вызывается напряжением, определяется как MD. Выше этой температуры СПФ деформируется под действием внешней силы и сразу же возвращается к исходной форме после разгрузки. Сплавы с памятью формы обладают тремя различными типами эффектов памяти (как показано на рисунке 1), которые характеризуются следующим образом:

① Односторонний эффект памяти. При снижении температуры сплав деформируется, а затем при повышении температуры возвращается в состояние до деформации, то есть в процессе нагрева имеет место эффект памяти формы;

② Двусторонний эффект памяти. Когда сплав возвращается в состояние при высокой температуре при нагреве и возвращается в форму при низкой температуре при понижении температуры. Поскольку двусторонний эффект памяти можно получить только посредством надлежащего процесса «обучения», а деформация при высокой температуре будет значительно снижена, поэтому он имеет меньшее коммерческое применение. Циклическое воздействие тепловой силы является своего рода методом «тренировки» для реализации двустороннего эффекта памяти формы. Он достигает цели «обучения» путем циклического переключения между аустенитными и конкретными вариантами мартенсита;

③ Эффект памяти всего процесса. Это относится к состоянию, когда сплав восстанавливается до высокой температуры в процессе нагрева. Когда температура снижается до низкой температуры, форма изменяется на противоположную форму, когда она изменяется до высокой температуры.

Эффект памяти формы представляет собой недиффузионное твердофазное мартенситное превращение. Кроме того, существуют другие процессы фазового превращения, связанные с памятью формы, такие как R-фазовое превращение, которое обычно происходит при промежуточном фазовом превращении из аустенита в мартенсит. При обратном превращении мартенсита существует термический гистерезис, который является показателем для измерения разницы температур между нагревом и охлаждением (т.е. Δ t = af-ms). Это свойство теплового гистерезиса очень важно, и тепловой гистерезис материала SMA необходимо тщательно учитывать в процессе применения целевой технологии, например, для применения с быстрым приводом требуется меньший тепловой гистерезис, а для соединения трубопровода - больший тепловой гистерезис. необходим для обеспечения сохранения заданной формы в большем диапазоне температур. Физико-механические свойства (теплопроводность, коэффициент теплового расширения, удельное сопротивление, модуль Юнга и др.) некоторых СПФ до и после фазового перехода также различны. Структура аустенитной фазы относительно жесткая и имеет более высокий модуль Юнга, тогда как структура мартенсита более мягкая и податливая, то есть легко деформируется при приложении внешней силы.

Внедрение материалов из сплава с памятью формы

Сплав NiTi с памятью формы широко используется в биомедицинских областях, таких как стенты из сплава, минимально инвазивные медицинские устройства, ортопедическая хирургия, хирургия головного мозга и стоматология, благодаря его превосходной биосовместимости и механическим свойствам.

Однако из-за очевидных ограничений или недостатков SMA, таких как высокая стоимость производства, ограниченная восстанавливаемая деформация и рабочая температура, изучаются другие типы материалов с памятью формы.

Высокотемпературный сплав с памятью формы

Из-за все более высоких требований к рабочей температуре высокотемпературного сплава с памятью формы многие исследователи увеличили рабочую температуру сплава с памятью формы, добавив в сплав NiTi третий элемент. Фактически, высокотемпературный сплав с памятью формы определяется как сплав с памятью формы, который можно использовать при температуре выше 100 ℃, но из-за большого

Большинство высокотемпературных сплавов с памятью формы демонстрируют плохую пластичность и сопротивление усталости при комнатной температуре, поэтому их трудно обрабатывать и «тренировать», поэтому стоимость их производства очень высока. Ферромагнитный сплав с памятью формы

По сравнению с традиционным сплавом с памятью формы с регулируемой температурой, ферромагнитный сплав с памятью формы имеет большую выходную деформацию и более высокую частоту отклика. Это связано с тем, что энергия распространяется через магнитное поле во время процесса обслуживания и не зависит от теплопроводности и условий рассеивания тепла материала сплава. Его эффект памяти формы заключается в возбуждении близнецов через внешнее магнитное поле.

Преимущественная переориентация среди мартенситных вариантов приводит к деформации макроформы сплава. Ферромагнитный сплав с памятью формы может не только обеспечивать ту же удельную мощность, что и традиционный сплав с памятью, но и передавать на более высокой частоте. Однако, как правило, ферромагнитный сплав с памятью формы в процессе применения сталкивается с теми же проблемами проектирования, что и традиционный сплав с памятью. Кроме того, твердость ферромагнитного сплава с памятью формы очень велика и хрупка, поэтому его можно обрабатывать и эксплуатировать только при низкой температуре. Следовательно, трудно формовать и формовать ферромагнитный сплав с памятью формы, и в настоящее время он не подходит для высокотемпературной и высокопрочной среды. Следовательно, необходимо дальнейшее изучение существующего ферромагнитного сплава с памятью формы для дальнейшего улучшения характеристик материала.

ферромагнитный сплав с памятью формы

По сравнению с традиционным сплавом с памятью формы с регулируемой температурой, ферромагнитный сплав с памятью формы имеет большую выходную деформацию и более высокую частоту отклика. Это связано с тем, что энергия распространяется через магнитное поле во время процесса обслуживания и не зависит от теплопроводности и условий рассеивания тепла материала сплава. Его эффект памяти формы должен стимулировать предпочтительную переориентацию между вариантами двойного мартенсита посредством внешнего магнитного поля. Происходит макродеформация формы сплава. Ферромагнитный сплав с памятью формы может не только обеспечивать ту же удельную мощность, что и традиционный сплав с памятью, но и передавать на более высокой частоте. Однако, как правило, ферромагнитный сплав с памятью формы в процессе применения сталкивается с теми же проблемами проектирования, что и традиционный сплав с памятью. Кроме того, твердость ферромагнитного сплава с памятью формы очень велика и хрупка, поэтому его можно обрабатывать и эксплуатировать только при низкой температуре. Следовательно, трудно формовать и формовать ферромагнитный сплав с памятью формы, и в настоящее время он не подходит для высокотемпературной и высокопрочной среды. Следовательно, необходимо дальнейшее изучение существующего ферромагнитного сплава с памятью формы для дальнейшего улучшения характеристик материала.

Материал пленки с памятью формы

В связи с применением материалов из сплавов с памятью формы в механических системах, особенно в микроприводах, пленки из сплавов с памятью формы широко изучались. Тонкопленочные материалы с памятью формы обычно используются в качестве независимых тонких пленок, чтобы стать микроприводами. В условиях быстрого развития МЭМС тонкие пленки NiTi стали первым выбором на микроуровне.

Актуатор, благодаря своим превосходным характеристикам памяти формы и высокой частоте, может поддерживать большую выходную мощность. Ожидается, что драйверы micro NiTi на основе напыленных пленок NiTi займут большую часть коммерческого рынка, особенно для медицинских микроустройств и имплантируемых устройств. Однако применение тонкопленочных материалов с памятью формы в некоторых областях с температурой окружающей среды выше 100 ℃ ограничено, например, в автомобильных двигателях, пожарной сигнализации и авиационных турбинах, поэтому в последние годы исследования высокотемпературных тонкопленочных материалов с памятью формы с температура фазового перехода выше 100 ℃ была увеличена.

Тенденция развития сплава с памятью формы

(1) Разработать новые или улучшить существующие материалы с памятью формы, например, добавить соответствующие третьи легирующие элементы в систему сплавов с памятью формы, улучшить ее мартенситное превращение и добиться точного управления процессом его превращения на микроуровне.

(2) Сплав с памятью формы с превосходными функциональными свойствами можно смешивать с другими материалами с хорошими структурными свойствами для удовлетворения требований специальных полевых применений.

(3) Чтобы удовлетворить спрос на коммерческое применение, мы должны увеличить его коммерческое применение и улучшить метод подготовки для крупномасштабного производства.