浅谈形状记忆合金

时代的发展离不开材料的发展。科学技术的进步，越来越体现出材料研究的重要性。现如今材料的研究逐渐倾向于功能化、多样性。形状记忆材料就是一种典型的新型功能材料。形状记忆材料是指具有形状记忆效应的金属、陶瓷和高分子等材料，在高温下材料形成一种形状，在冷却到低温时会塑性变形成为另外一种形状，如果对材料进行加热，通过马氏体的逆相变，又可以恢复到高温时的形状，这就是形状记忆效应。单程记忆、双程记忆和全方位记忆是形状记忆效应按形状恢复形式进行的三种分类，如下图所示。

单向记忆效应是指当材料被加热后能恢复到原始形态，但是只能单程，不可逆，也就是说继续加热冷却，材料形状都不再发生变化。能够根据加热冷却的不同，反复出现低温状态和高温状态的材料则具有双程记忆效应。全方位记忆效应的材料除了具有双程记忆效应外，最显著的特点就是可以出现和高温时完全相反的形状，这只需要将材料冷却到更低的温度就可以做到。

一、形状记忆合金的发展历史

“形状记忆”这一名称的提出是在20世纪60年代，但是人们早在30年代就发现了形状记忆这一奇特的现象，遗憾的是当时没有引起人们足够的重视。最初形状记忆只被人们当成某些材料的个例，根本无法在实际应用中运用。记忆材料之所以能在生产、生活中广泛应用，还是得益于TiNi合金的研究与发展。现在形状记忆合金已多达几十种。我国是在20世纪70年代后期才开始研究记忆合金的。形状记忆合金材料的发现，改变了一直以来形成的金属热胀冷缩等传统观念。

二、形状记忆合金的特点

形状记忆合金具有优良的延展性，一般只要不超过8％至10％的变形量，均可恢复原有形状。此外它还具有不次于不锈钢的耐腐蚀性能和抗疲劳性能。并且高温下记忆合金仍有较大的刚度。这些异于普通材料的特点决定了形状记忆合金的广阔发展前景。但是由于形状记忆效应需要电源加热，温度过高又会影响它的记忆性能，这就大大缩小了形状记忆合金材料的使用范围，并且在长期使用后它的工作稳定性较差，因此，在一定程度上制约了形状记忆合金的应用。

三、形状记忆合金的用途

形状记忆合金由于良好的力学性能以及优良的生物相容性，在生物医学领域正扮演着不可替代的角色，尤其NiTi 形状记忆合金应用最为广泛。例如心脏修补器、血栓过滤器、牙科正畸器、人造骨骼、伤骨固定加压器、各类腔内支架、栓塞器、介入导丝和手术缝合线等涉及心血管，牙科，整形外科，耳鼻喉科，放射科，介入医学等。

利用结构简单、重量轻、所占空间小，并且安全性高、拆卸方便等特点，形状记忆合金可做连接紧固件如管接头、紧固圈、紧固螺钉等。人造卫星飞行器的天线则是利用了记忆合金的形状记忆效应。由于记忆合金在加热时形状恢复的同时其恢复力可对外做功的特性，可将其制成各种驱动元件。形状记忆的发展为机器人机械手的发明提供了理想的材料。

形状记忆合金除广泛用于医学和工业领域，在建筑、生活中也日益崭露头角。如利用形状记忆合金进行建筑结构的监测和自修复，制造管道系统，防火门和自动控制开关电路以及免熨烫防皱的衬衣等等。记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着广泛用途，而且发展趋势十分可观。可以预计，越来越多形状记忆材料的研发，将有力地促进形状记忆材料的应用。

（作者单位：枣庄科技职业学院）