镍钛形状记忆合金的特性与功能
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镍钛形状记忆合金的特性与功能
【概要描述】镍钛合金形状记忆材料是一种集感知和驱动于一体的特殊材料。镍钛合金形状记忆合金是镍钛合金形状记忆材料的重要组成部分。镍钛形状记忆合金是一种经过低温塑性变形后,在一定初始状态下,形状转变成另一种形状的合金,通过加热等手段使其温度升高,再重新变形成原来的形状。
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镍钛合金形状记忆材料是一种集感知和驱动于一体的特殊材料。镍钛合金形状记忆合金是镍钛合金形状记忆材料的重要组成部分。镍钛形状记忆合金是一种经过低温塑性变形后,在一定初始状态下,形状转变成另一种形状的合金,通过加热等手段使其温度升高,再重新变形成原来的形状。
镍钛形状记忆合金的特性
(1)形状记忆
经过一定的热处理,镍钛形状记忆合金的形状可以自动恢复。这一变化是镍钛形状记忆合金的形状记忆特性。形状记忆根据恢复状态可分为单向形状记忆、双向形状记忆和整体形状记忆。
(2)超弹性
镍钛形状记忆合金的超弹性特征是在外力作用下,镍钛形状记忆合金发生变形,消除外力后,镍钛形状记忆合金的超弹性恢复到原来的状态。镍钛形状记忆合金的超弹性变形将直接导致马氏体相变,而当外力消除时则会发生反向马氏体相变。
(3)阻尼
NiTi形状记忆合金(SMAS)具有很好的阻尼性能,这是由于相变的自调整以及相变过程中产生的界面和运动。
(4)阻力
马氏体镍钛形状记忆合金在变形过程中电阻与应变呈线性关系。当相变发生时,曲线的斜率减小,但在马氏体相变前后保持线性关系。
二。镍钛形状记忆合金的作用
镍钛形状记忆合金(SMAS)由于其独特的功能、超弹性、耐磨性和耐腐蚀性,在许多领域得到了广泛的应用。
(1)机械工程
镍钛形状记忆合金(SMAS)在管道接头和紧固件的机械工业中首次应用。具体地说,在机械零件、管道等的接头处,飞机空中加油时,采用Niti形状记忆合金对外径比内径大3%的套管进行加工,在一定温度下,套管的膨胀率约为8%。在装配过程中,从液氮中取出外壳,并从两端插入。如果温度上升到正常温度,可以通过电加热来改变温度。加油口镍钛合金形状记忆合金变形,由镍钛合金形状记忆合金加工的套管收缩形成严密的密封,实现了严密的漏油,大大优于传统焊接。因此,镍钛形状记忆合金特别适用于航空航天、船舶、输油管道等领域。在施工不便的地方,销可以用镍钛形状记忆合金制成,并在孔内加热。因此,采用镍钛形状记忆合金感温驱动多种功能,制作机器人、机械手等。
(2)建筑业
如上所述,镍钛合金形状记忆合金具有多种特性。结合镍钛合金形状记忆合金的结构,可以提高系统的阻尼,降低结构的动态响应,从而制造出各种类型的阻尼消能装置。隔振器也可采用镍钛形状记忆合金设计。镍钛形状记忆合金的变形可以增加变形位移的能量耗散,防止地震能量向上部结构传递,从而保护上部结构,真正提高结构的抗震性能。
(三)航空航天工业
在飞机液压系统中,几乎每架飞机都需要使用800个镍钛形状记忆合金接头。自20世纪70年代以来,美国大多数海军飞机都使用这种管接头,而且没有故障记录。此外,镍钛形状记忆合金还可用于航天器天线、机电执行机构等。
(四)汽车工业
镍钛形状记忆合金主要用于发动机排气扇离合器、排气嘴、柴油机散热器等。
(5)医疗领域
镍钛形状记忆合金具有较高的力学性能和生物相容性,在医学领域得到了广泛的应用。如牙科正畸、外科手术、心血管微创等;血栓滤过器实际上是镍钛合金形状记忆合金的新产品;矫正后的滤过器随着植入时间的推移逐渐形成网络。
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镍钛合金驱动丝:创新材料的多元应用与卓越性能
在材料科学领域,镍钛合金驱动丝正凭借其独特性能和广泛应用,成为众多行业关注的焦点。这种智能材料以其类似人体肌肉的特性,在医疗、电子、汽车等多领域展现出巨大的应用潜力。
镍钛合金驱动丝,又称 “NiTi 驱动丝” 或 “肌肉钛丝”,其独特之处在于具备通电收缩的特性。当电流通过时,合金丝内部电阻产生热量,温度高于相变温度,触发收缩反应;电流停止后,合金丝冷却并恢复原始长度。这一特性源于镍钛合金在机械应力或温度变化下发生的相变,为其在各领域的应用奠定了基础。
从性能数据来看,镍钛合金驱动丝表现卓越。其抗拉强度高达 850MPa,屈服强度在 195 - 690MPa 之间,延伸率范围为 25 - 50%。在化学成分上,Ni 含量严格控制在 55.4% - 56.2% 之间,同时对 C、H、O、N 等杂质含量的严格限制,确保了合金丝的稳定性与可靠性。通过调整合金成分和处理工艺,NiTi 记忆合金的相变温度可在一定范围内变化,如 TiNi - 01 合金相变温度范围为 20℃ - 40℃,TiNi - 02 合金则为 45℃ - 90℃,极大地拓展了其应用场景。
在医疗健康领域,镍钛合金驱动丝的应用尤为突出。因其良好的生物相容性,被广泛用于制作支架、导丝等医疗器械。在智能驱动的高精度药液输送系统中,镍钛合金材料也发挥着关键作用,为患者提供更精准高效的医疗服务。在消费电子领域,镍钛合金驱动丝同样不可或缺。例如,在手机镜头的光学防抖马达中,该材料得到了英国 CML 的性能认证,有效提升了拍摄质量。
在汽车制造行业,镍钛合金被应用于汽车座椅和悬挂系统,显著提高了车辆的舒适性和安全性,满足了消费者对智能、舒适驾乘体验的追求。在渔具领域,镍钛合金丝用于制作鱼钩、鱼线等部件,提升了钓鱼的效率与成功率。
科研人员对镍钛合金驱动丝的研究也在不断深入。德国萨尔大学和德国机电一体化与自动化技术中心的研究团队利用镍 - 钛形状记忆合金中的 “弹性热效应”,开发出创新的空调技术。该技术通过超薄镍钛线材或片材的反复机械变形实现热量转移,无需使用挥发性制冷剂或燃烧化石燃料,具有更高的能效和显著的环境效益,被欧盟委员会视为传统制冷系统的领先替代方案,并被世界经济论坛评为 2024 年 “十大新兴技术” 之一。香港科技大学孙庆平教授团队则提出了一种新型的丝线缠绕弯曲驱动方式,应用于镍钛形状记忆合金丝,实现了稳定持续的低温冷区,制作的紧凑型空气制冷原型机尺寸小巧,能高效且连续地输出冷空气,空气温降高达 10.6℃,样机能效比高达 3.7,为弹卡固态制冷技术的发展开辟了新路径。
随着技术的不断进步和研究的持续深入,镍钛合金驱动丝有望在更多领域实现突破,为各行业的发展注入新的活力,推动科技与生活的进一步发展。


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