记忆金属材料和原理 为什么会有记忆

伤我心太深

　　1963年的一天，由于实验的需要，一群工程技术人员正在美国海军的某个研究机构中为加工一批镍钛合金丝而紧张地忙碌着。由于他们手中的合金丝是弯曲的，使用起来很不方便，所以在做实验之前得先拉直它们。实验开始后，当实验温度升到一定值时，工程技术员发现他们费了不少工夫才拉直的合金丝竟然又全部变回了原来那种弯曲的形状。后来又多次做了这个实验，得到的结果都完全相同。


　　经过多次细致而深入的研究，人们终于发现，这些合金之所以具有恢复原有形状的特性，是因为随着环境的变化，这些合金内部原子的排列也会出现变化。如果温度回到原来的数值，合金内部原子的排列也会回到原来的排列方式，其晶体结构也会随之改变。这种具有记忆形状能力的合金被人们称作“形状记忆合金”。记忆合金不仅能重复恢复原态达几百万次，而且不会产生疲劳和断裂。这样的“记忆力”让人感到震惊。


　　让我们以镍钛合金为例，来看看形状记忆合金具有“记忆”的秘密吧。40℃是镍钛合金的“记忆温度”，也就是说，镍钛合金的晶体结构在40℃上下是不一样的，它的转变温度便是40℃。在转变温度以上，其晶体结构处于稳定状态;在转变温度以下，则处于不稳定状态。假如人们想让在转变温度以下、改变了形状的晶体结构再恢复到稳定状态，那么只要将其加热到转变温度以上，它的稳定状态就会得到恢复，它的形状也会随之恢复到原态。


　　除此之外，镍钛合金的拉伸强度也非常惊人，可达1000兆帕，也就是说，即使在每平方毫米那么小的断面上，你也需要用1000多牛顿的力才能够把它拉断。除了镍钛合金，人们还开发出了铜系合金和铁系合金等一系列的多种记忆合金。






　　人们充分利用记忆合金的这种神奇的本领解决了航天、工业生产、医疗、电子器具等方面的诸多难题。如阿波罗登月舱的宇航员的形象和声音能从38万千米外的月球传送到地球上来，就是利用了记忆合金这种神奇的功能。阿波罗登月舱要在月亮上设置月面天线，而月面天线的直径便长达数米，科研人员就先用记忆合金制成半球形天线，然后降低温度将其压成一小团装入小巧的登月舱中。当天线随着登月舱到达月球表面时，由于太阳光的照射，其温度就会升到转变温度，天线便恢复了本来的形状。


　　耐腐蚀性也是记忆合金的一大特点，因此牙医便利用镍钛合金制成一种矫齿丝，借助于人的口腔温度，来为患者做牙齿矫正手术。在使用口腔矫齿丝之前，医生会先为准备矫正的牙齿做一个石膏模型，然后把口腔矫齿丝按照模型弯成牙齿的形状，并将其固定在牙齿上。为了让矫齿丝更加趋向于其原来的形状，每过一段时间便更换一次。牙齿就是在这个变形过程中慢慢得到矫正的。


　　我们在工业生产中进行铆接工作时，一般是从一边插入铆钉，再用气锤锤打铆钉另一边的头，但如果碰到开口很窄或封闭的容器，就会很难办。这时记忆合金便派上用场了，我们可以事先把铆钉做成两头都是扁的，然后在低温下将其中一端硬压成插孔大小的圆柱状。在铆接时，将铆钉从低温箱中取出来，迅速地插进插孔中，然后把铆钉加热到转变温度以上。这样，原来被压圆的一端就会自动恢复成扁平的形状，容器也就被牢牢地铆住了。






　　为什么说越王勾践剑金属记忆功能 什么是金属记忆功能


　　越王勾践剑金属记忆功能：春秋五霸时期，越王勾践“卧薪尝胆”，一举击败了吴王夫差，演出了历史上春秋争霸的最后一幕。岁月的流逝，使这场惊心动魄的战争静静沉睡在历史的长卷里，忙忙碌碌的后人几乎把它遗忘了。


　　上个世纪70年代，世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。记忆合金是一种颇为特别的金属条，它极易被弯曲，我们把它放进盛着热水的玻璃缸内，金属条向前冲去;将它放入冷水里，金属条则恢复了原状。在盛着凉水的玻璃缸里，拉长一个弹簧，把弹簧放入热水中时，弹簧又自动的收拢了。凉水中弹簧恢复了它的原状，而在热水中，则会收缩，弹簧可以无限次数的被拉伸和收缩，收缩再拉开。这些都由一种有记忆力的智能金属做成的，它的微观结构有两种相对稳定的状态，在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸，但若对它重新加热，它会记起它原来的形状，而变回去。这种材料就叫做记忆金属(memory metal)。它主要是镍钛合金材料。例如，一根螺旋状高温合金，经过高温退火后，它的形状处于螺旋状态。在室温下，即使用很大力气把它强行拉直，但只要把它加热到一定的“变态温度”时，这根合金仿佛记起了什么似的，立即恢复到它原来的螺旋形态。这是怎么回事?难道合金也具有人类那样的记忆力?


　　原来不是那么回事!这只是利用某些合金在固态时其晶体结构随温度发生变化的规律而已。例如，镍-钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的，但温度在40℃上下变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。这里，40℃就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。各种合金都有自己的变态温度。上述那种高温合金的变态温度很高。在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。在室温下强行把它拉直时，它却处于不稳定状态，因此，只要把它加热到变态温度，它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。


　　形状记忆合金可以分为三种：

　　(1)单程记忆效应
　　形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
　　(2)双程记忆效应
　　某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
　　(3)全程记忆效应
　　加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。

　　目前已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。


　　最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。