有记忆的合金，本文主要内容关键词为：合金论文,记忆论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
意外发现
20世纪60年代初，美国海军军械实验室的研究人员领来了一批镍钛合金丝，不知道是因为在制造过程中还是运输过程中不小心，合金丝被弄弯了，他们只能一根一根地将其校直，然后顺手把校直后的合金丝堆放在实验室的炉子边。谁知，令人沮丧的事情发生了，这些已校直了的合金丝在炉温烘烤下又恢复到原来的形状。研究人员只能重新校直，并仍旧将它们堆放在炉子旁，但它们又“故态萌发”，恢复到弯曲状态。经过校直、弯曲多次反复，直到把校直的合金丝换了个地方堆放，不再受炉温的烘烤后，合金丝才保持校直后的状态。
美国海军军械实验室的研究人员通过上述的意外事件受到启发，对镍钛合金进行了研究后发现，含50％镍和50％钛的合金，在温度升高到40℃以上时能够“记住”自己原来的形态。后来，科学家将这种现象命名为形状记忆效应，而具有形状记忆效应的合金被称为形状记忆合金。
与众不同
众所周知，当我们用不大的力去拉弹簧时，弹簧的伸长度和受到的拉力成正比，手一放，弹簧又会恢复到原来的长度，人们把这种外力去除后能恢复的变形叫做弹性变形。如果拉力过大，超过了材料的弹性范围，放手后弹簧不能恢复到原来的长度，弹簧就损坏了，这种外力去除后不能恢复的变形叫做塑性变形。
我们常见的普通金属受力后首先产生弹性变形，达到临界点时就会发生塑性变形，当应力去除后，会留下永久变形。而形状记忆合金具有与一般金属不同的特性：它虽然也会产生塑性变形，但只要稍微加热，便仿佛有记忆似地恢复原来的形状。为什么这类合金能记住自己以前的形象呢？
原来形状记忆合金的特性是由合金的内部晶体结构所决定的。这类合金在一定的温度范围内有稳定的结晶构造，并有一定的转变温度。在转变温度以上将合金加工成欲保持的特定形状，再把它冷却到转变温度以下，施加外力改变它的外形。此时结晶构造并未改变，只是原子离开原来正常的位置，暂时停留在附近位置上。如果将这种经过变形后的记忆合金再加热到转变温度以上，则由于原子受热后获得了回复到原来正常位置所需的激活能量，会重新回复到原来的位置，从而使合金又恢复了原来的形状。
迄今为止，形状记忆合金品种已有很多，如镍钛基、铜基、铁基形状记忆合金等。其中镍钛合金不仅具有独特的记忆功能与超弹性功能，而且还具有优良的理化性能，它的拉伸强度、冲击韧性等均明显优于普通不锈钢，其生物相容性也远远超过不锈钢及钴铬合金。
身手不凡
1961年4月12日，前苏联宇航员加加林乘坐宇宙飞船遨游太空， 标志着人类向宇宙空间进军时代的开始。1968年7月21日， 美国“阿波罗11号”宇宙飞船在月球登陆，宇航员们虽然没有看到传说中的广寒宫和嫦娥，却实现了人类第一次踏上外星球的梦想。当时，为了将在宇宙空间和月球上收集到的信息发回地球和接受地面上各种指令，必须在宇宙空间和月球上架设起像地面雷达站那样的半球形天线。如果用地面天线的材料制作，天线直径将达好几米，卫星和宇宙飞船显然不可能有足够的空间来容纳这么大的天线，此时镍钛形状记忆合金正好有了用武之地。科研人员先将镍钛记忆合金加热到40℃以上，制成半球形天线，再将天线冷却至28℃以下，这时候合金内部发生了结晶构造转变，变得非常柔软，很容易将它折叠成小小的一捆，放进卫星或飞船舱里。在卫星或飞船到达空间预定轨道或月球表面后，再将天线弹出，借助阳光或用其他热源烘烤，使天线温度超过40℃以上，天线即自动撑开并投入正常工作。
形状记忆合金还被用作特种管接头和紧固件。美国海军“F－14 ”战斗机上的液压管道系统，由于结构紧凑，很难用焊接法或其他管接件来连接，后来他们用形状记忆合金来制造连接套管，问题就迎刃而解了。只要先在室温下将套管内径加工得略小于被连接管道的外径，再将套管接头在低温下扩张至其内径略大于管道外径，然后将管道纳入套管接头中，将接头略微加热到转变温度以上，套管就会将管道紧紧抱住。据报道，美国已使用了30万个形状记忆合金接头，迄今未发生过泄漏或其他失效事例。
前景诱人
美国航空航天局的蓝利研究中心正在研制一种可以像鸟和昆虫一样飞的“空中轿车”。由于鸟类的飞行技术比现在的任何飞机都要先进，它们能够轻易地盘旋、倒飞和侧向滑行，而昆虫能够做出倒立、翻筋斗等各种动作，该中心的研究人员打算利用一些最新研制的带有记忆性能的智能材料，结合鸟类和昆虫的飞行技术，设计和研制出可以像鸟类和昆虫那样自由地在空中飞行的“轿车”，以取代目前人们普遍使用的只能在地上行驶的轿车。
由于采用特殊的记忆材料，这种轿车的“翅膀”可以随时变得柔软，并能够按指令弯曲、改变形状，以克服飞行中的阻力，提高飞行速度。虽然目前这种“空中轿车”尚在研制阶段，与现实还有一段距离，但有理由相信，随着研究的深入，“空中轿车”的梦想将会一步步变为现实。
另外，形状记忆合金对其特定的转变温度十分敏感，可在各种自动控制装置中大显身手。如用于火警自动报警与灭火器，一旦房内出现异常高温，它即恢复原来形状，并接通报警电话或自动打开水阀，还可用于制作窗户自动启闭装置等。最诱人的应用前景要算固体热机，它有可能利用几十度的温差，使形状记忆合金反复变形和恢复，用产生的力来推动热机作功，这将为广泛利用低热能源（如海洋表面与深层的温度差，工厂冷却水与常温水的温度差）、缓解能源危机提供一条新的途径。
被誉为“跨世纪新材料”的形状记忆合金已向我们展示出广阔的应用前景，相信它会给我们的生活带来更多方便！