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记忆合金的起源历史

记忆合金的起源历史

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  • 发布时间:2020-02-25

记忆合金的起源历史

【概要描述】1932年,瑞典先灵葆雅首次在金镉合金中观察到“记忆”效应,即当合金的形状改变时,一旦加热到一定的跳跃温度,它就能神奇地恢复到原来的形状。人们称这种特殊功能的合金为形状记忆合金。记忆合金的发展才20多年,但由于其在各个领域的特殊作用,正引起世界的广泛关注,被称为“神奇的功能材料”

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  早在秦朝,就有记忆金属,如勾践、秦剑王、越代。

  1932年,瑞典先灵葆雅首次在金镉合金中观察到“记忆”效应,即当合金的形状改变时,一旦加热到一定的跳跃温度,它就能神奇地恢复到原来的形状。人们称这种特殊功能的合金为形状记忆合金。记忆合金的发展才20多年,但由于其在各个领域的特殊作用,正引起世界的广泛关注,被称为“神奇的功能材料”。

  1963年,海军军械研究所的比勒发现,在高于室温的温度范围内,将镍钛合金丝烧制成弹簧,然后在冷水中拉伸或铸造成方形或三角形,然后放入40摄氏度以上的热水中。合金线恢复了原来的弹簧形状。后来,人们发现其他一些合金也有类似的功能。这些合金叫做形状记忆合金。由一定重量比的某一元素组成的每一种形状记忆合金都有一个转变温度,在这个温度以上,将合金加工成一定的形状,然后冷却到转变温度以下,再人工改变其形状,然后加热到转变温度以上。E转变温度,合金会自动恢复到原来加工过的形状以上的转变温度。

  1969年,镍钛合金的形状记忆效应首次在工业上得到应用。采用了独特的管接头装置。为了连接两个需要对接的金属管,在以下条件下,选用过渡温度低于使用温度的形状记忆合金制作内径略小于对接(接头)管外径的短管:过渡温度高于待对接金属管的过渡温度。然后管道内径在过渡温度以下稍微增大,然后将连接管放入接头的过渡温度。接头自动收缩并紧固连接管,形成牢固、紧密的连接。美国某型喷气式战斗机液压系统采用镍钛合金接头。从未发生过漏油、脱落或破损事故。

  1969年7月20日,阿波罗11号登月舱的美国宇航员首次在月球上留下人类的足迹,并通过直径几米的半球形天线在月球和地球之间传输信息。这个巨大的天线是如何到达月球的?它是由形状记忆合金材料制成的,由高于其转变温度的所需温度组成,然后降低温度将其压成一个球,然后将其放入月球舱中,将其送上天空。天线被放置在月球上后,“记忆”它的真实外观,当它在阳光下达到合金的转变温度时,它就变成了一个巨大的半球。

  科学家们在镍钛合金中添加了其他元素,并进一步开发出新的镍钛形状记忆合金,如秦镍合金、天宁铁、天宁铬等。此外,还有其他类型的形状记忆合金,如铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金、铁。合金(铁锰硅、铁钯)等。

  形状记忆合金在生物工程、医学、能源和自动化等领域也有广阔的应用前景。

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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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