本科生课外学术科技创新实践项目.doc

南 京 工 业 大 学 本科生课外学术科技创新实践项目课 题 申 报 书 ………………………………………………4 、铜基形状记忆合金的特性…………………………………4 2.1形状记忆效应………………………………………………………4 2.2超弹性…………………………………………………………………5 2.3高阻尼特性…………………………………………………………5 、影响铜基形状记忆效应的因素……………………………5 3.1马氏体状态时效对形状记忆合金的影响……………………………5 3.2母相时效对形状记忆合金的影响……………………………………5 3.3热循环对形状记忆合金的影响………………………………………6 3.4微量元素对形状记忆合金的影响……………………………………6 、铜基形状记忆合金的发展前景……………………………6 、参考文献……………………………………………………………6 一、形状记忆合金 形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是近几十年发展起来的一种新型功能材料，以独特的形状记忆效应(SME) 和超弹性而引起人们的关注，正逐渐得到广泛应用。目前应用范围最广、性能最稳定的是Ni-Ti 基记忆合金，它具有优良的形状记忆性、超弹性、良好的生物相溶性和抗腐蚀性，但其价格昂贵，生产过程复杂，加工困难[1]。虽然铜基形状记忆合金的一些特性不及Ni-Ti 合金，但其价格低廉(约为Ni-Ti 的1/10) 、易于加工,而且比Fe基形状记忆合金具有更好的形状记忆和超弹性效果，还具有高阻尼性能，因此受到大批研究者的青睐。但在实际的生产及应用中, 铜基形状记忆合金仍然存在一些问题。热稳定性 差以及记忆性能易衰退是其主要不足, 而且铜基形状记忆合金在记忆特性、疲劳强度、疲劳寿命上也远不如钛镍合金[2]。Cu基形状记忆合金主要分为Cu-Zn和Cu-Al基。 二、铜基形状记忆合金的特性 1、形状记忆特性 铜基形状记忆合金所具有的形状记忆特性是由马氏体相变即马氏体与母相之间的相变引起的。当合金被加热到As(逆相变开始温度)时,合金中马氏体开始转变为母相;在Af(逆转变结束温度)时,马氏体向母相的转变基本完成。反之,当合金降至Ms(马氏体相变开始温度)时,母相开始向马氏体转变,转变结束于Mf(马氏体相变结束温度)[3]。当合金在马氏体状态下被施加一定应力时，其中的马氏体顺应力的方向发生再取向。造成马氏体的择优取向。当大部分或全部的马氏体都采取这个取向时，整个材料在宏观上表现为形变。将变形的马氏体加热到As点以上，马氏体发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低，转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一个是母相原来的位向，尤其当母相为长程有序时，更是如此。当适应马氏体片群中不同变体存在强大的力偶时，形成单一位向的母相倾向更大。逆转变完成后，便完全回复到了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢复。这就是形状记忆合金在连续加热与冷却过程中表现出形状记忆特性的原因。 2、超弹性 物体在外应力作用下变形时,除了产生一个理想的弹性应变外,还由于物 体内部的原因而产生一个附加的非弹性应变,从而导致了应变落后于应力，这 种附加的非弹性应变不属于塑性应变,仍然属于弹性范畴[4],当把外力卸载时，仍然能够恢复原来的形状。对于理想的弹性体而言,应变对应力的响应是瞬时的,应变与应力同步,不产生相位差;对实际的弹性体而言,由于应变与应力不同步,产生的相位差越大,表示材料内部的能量耗损越大。 高阻尼性能 与高阻尼的聚合物、矿物等非金属材料相比,金属材料的阻尼性能通常并不高，但是对于实际工程应用来说,高阻尼金属具有更大的优势。在不同的应力水平下,不同的合金表现出不同的阻尼性能，如镁合金、灰口铸铁等只有在高应力下阻尼性能才能达到高阻尼水平,而在低应力水平下的阻尼性能却很低，利用价值很低。Mn一Cu系合金和Ti一Ni系合金等为代表的形状记忆合金在任何应力水平下均表现出高阻尼性能，但它们的原材料较为昂贵，加工工艺也较为复杂。而铜基形状记忆合金不但具有高阻尼性，而且发展成熟，价格低廉，具有很好的发展前景。其阻尼机制主要是基于热弹性马氏体的相变特性,在交变应力的作用下,马氏体变之间进行协调变化或马氏体变体择优生长,部分机械能消耗于马氏体的这种相界运动;另一方面,若组织中有高温母相,则由于应力诱发马氏相变,母相和马氏体相界面随交变应力发生可逆移动并消耗能量,从而导致能量衰减[5]。 三、影响铜基形状记忆合金的因素 1、马氏体状态时效对形状记忆合金的影响 铜基记忆合金在马氏体状态下时效，随着时效温度的升高或时效时间的延长，逆相变时的 As 温度