鎳鈦合金形狀記憶合金的特點及作用

周佳雯

摘 要： 鎳鈦合金形狀記憶合金屬于一種新型的功能材料，已經成為當前功能材料領域的研究重點。本文對鎳鈦合金形狀記憶合金的特點及作用進行了分析，旨在對鎳鈦合金形狀記憶合金的未來發展有一定的啟發。

關鍵詞： 鎳鈦合金 形狀記憶合金 特點 作用

鎳鈦合金形狀記憶材料是一種感知與驅動相結合的特殊材料，而鎳鈦合金形狀記憶合金則是鎳鈦合金形狀記憶材料中相當關鍵的部分。鎳鈦合金形狀記憶合金是指其形狀在一定的初始狀態下，經過低溫塑形變形成為另一種形狀之后，再經過加熱等手段使其溫度上升，重新變形為原始形狀的一類合金。

一、鎳鈦合金形狀記憶合金的特點

（一）形狀記憶性

鎳鈦合金形狀記憶合金通過一定熱處理之后便會自動恢復形狀，這種變化就是鎳鈦合金形狀記憶合金的形狀記憶特點。形狀記憶能夠依據恢復的狀況分為單程形狀記憶、雙程形狀記憶與全程形狀記憶。

（二）超彈性

鎳鈦合金形狀記憶合金在受到外部作用力時會出現變形情況，在除去外部作用力后便會恢復到原狀，這就是鎳鈦合金形狀記憶合金的超彈性特點。鎳鈦合金形狀記憶合金在出現超彈性變形之后，會直接導致馬氏體相變，而除去外部作用力，又會導致馬氏體逆相變。

（三）阻尼性

鎳鈦合金形狀記憶合金就是因為相變的自我調整與相變中產生的界面及運動，具有非常好的阻尼性。

（四）電阻性

馬氏體的鎳鈦合金形狀記憶合金在變形過程中，其電阻與應變之間是線性的關系。當發生相變發生之后，其曲線的斜率便會隨之降低，然而在馬氏體相前后也會保持線性關系。

二、鎳鈦合金形狀記憶合金的作用

由于鎳鈦合金形狀記憶合金具有獨特的鎳鈦合金形狀記憶合金功能外，還具有超彈性、耐磨損性與抗腐蝕性等優點，因此在多個領域得到非常廣泛的運用。

（一）機械工程

鎳鈦合金形狀記憶合金在機械行業的運用最初是在管接頭及緊固件上。具體來說在機械零件的連接、管道等，飛機進行空中加油的接口處，使用鎳鈦合金形狀記憶合金加工成為外徑比內徑大3%的套管，并且在一定溫度下將套管的擴徑大概為8%。在裝配是把套管從液氮中取出來，并且將管子從兩端插入，如果溫度升至常溫，則可以利用電加熱改變溫度，空中加油接口處鎳鈦合金形狀記憶合金變形，鎳鈦合金形狀記憶合金加工而成的套管收縮便形成緊密封，從而實現緊密不漏油，效果遠遠高于傳統的焊接。因此，鎳鈦合金形狀記憶合金尤其適合航空航天、船艦、輸油管道等領域。在施工不便的位置，可以使用鎳鈦合金形狀記憶合金制成銷釘，裝進孔中進行加熱。因此，利用鎳鈦合金形狀記憶合金的感溫驅使多重功能，制作機器人、機械手等。

（二）建筑行業

前面提到鎳鈦合金形狀記憶合金具有的各種特性，結合鎳鈦合金形狀記憶合金的結構能夠增強系統的阻尼，降低結構的動力反應，從而制作出各種形式的阻尼耗能裝置。還可以利用鎳鈦合金形狀記憶合金設計隔振器，通過鎳鈦合金形狀記憶合金的變形增加變形位移耗能，防止結構地震能量向上部結構的輸送，從而保護上部結構，真正增強結構的抗震性能。

（三）航空航天工業

在飛機液壓系統中，基本上每架飛機都需要使用八百個鎳鈦合金形狀記憶合金接頭。自上個世紀70年代以來，美國大多數海軍飛機都使用這種管接頭，并且沒有失效的記錄。另外，鎳鈦合金形狀記憶合金還可以使用在飛船的天線、機電執行元器件上等。

（四）汽車行業

鎳鈦合金形狀記憶合金主要用于發動機放熱風扇離合器、排氣噴管、柴油機散熱器等。

（五）醫療領域

鎳鈦合金形狀記憶合金具備較高的力學性能與生物兼容性，使其在醫療領域獲得廣泛的運用。如牙齒矯正、外科整形、心血管微創等方面；血栓濾器實際上也屬于鎳鈦合金形狀記憶合金的新產品；被拉直的濾器在植入靜脈后，會隨時間的推移逐漸形成網狀，阻止超過90%的凝血塊流向心臟、肺部等器官。另外，醫療臨床試用中應用鎳鈦合金形狀記憶合金的還有手術縫合線、人工關節、人造心臟等。

三、形狀記憶合金的發展趨勢簡析

（一）鐵基形狀記憶合金

鐵基形狀記憶合金具有很強的加工性、較高的性價比等優勢，備受社會多個領域的關注。近期的研究工作主要在相變機制及其影響因素方面。選定合適的形狀記憶合金進行分配和摸索，提高制備工藝的水平，同時改善合金的性能。

（二）磁性形狀記憶合金

這種形狀記憶合金會在磁場的巨大作用下產生應變，并且把形狀記憶合金的工作頻率從溫控的狀態提升到磁控狀態，充分發揮磁性驅動形狀記憶合金的功能。磁性形狀記憶合金制造的傳感器、驅動元器件在石油行業、電子領域和航天航空工業中都發揮重要的作用。

（三）高溫形狀記憶合金

許多普通的合金只能夠在100攝氏度下使用，而越來越多的形狀記憶合金能夠在超過100攝氏度的環境下使用。如核反應堆中的形狀記憶合金元件，其動作溫度已經超過600攝氏度。所以研究這制造高溫形狀記憶合金已經成為一個重要趨勢，高溫形狀記憶合金在多個領域的使用具有很好的前景。

四、結語

本文對鎳鈦合金形狀記憶合金的特點及其作用進行了分析，雖然當前對于鎳鈦合金形狀記憶合金的研究與開發不夠深入，但是隨著鎳鈦合金形狀記憶合金在多個領域行業中的廣泛應用，其性能會得到不斷發展和完善，鎳鈦合金形狀記憶合金發揮的作用會越來越大。

參考文獻：

[1]趙連城，鄭玉峰.形狀記憶與超彈性鎳鈦合金的發展和應用[J].中國有色金屬學報，2004，S1：323-326.

[2]周星.Ti-Ni形狀記憶合金人工食管的研究[D].上海大學，2010.