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探析形状记忆合金在机械工程中的应用


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 探析形状记忆合金在机械工程中的应用 作者:李权 来源:《城市建设理论研究》2013 年第 10 期 【摘要】:形状记忆合金属于一种特殊的材料,具备许多独特的性能,且成本低廉,被广 泛应用于各种行业中。近年来,世界各国都加大了对形状记忆合金的研究力度,相信随着科技 的发展,这种高性能材料的发展空间会更加广阔。 【关键词

】:形状记忆合金;类型;机械工程;应用 中图分类号:TG139+.6 文献标识码:A 文章编号: 形状记忆合金具备许多优良的性能,如形状记忆特性、超弹性、耐腐蚀性、及防振性等 等,被广泛应用于电子、电器、汽车、机械、能源、宇航、建筑、医疗等领域,但所利用的特 性基本上都是记忆合金的形状记忆效应,其他特性的应用很少。自上世纪 90 年代至今,记忆 合金在各行各业中均得到了长足的发展,在结构振动控制、结构损伤监控与修复、结构自适应 变形、智能机械及机器人方面取得了显著的成果。 一、形状记忆合金的类型 就目前形状记忆合金的研究来看,已投入使用的基本是分为三类:镍-钛系、铜系和铁系 或不锈钢系三大类。 1、镍—钛系形状记忆合金 镍—钛系合金是形状记忆合金材料中性能最优越而且用途最广的一种。镍—钛系合金的延 展性、形状记忆强度、应变、耐蚀性、电阻及稳定性均较好,但其成本较高。这类合金的形状 记忆行为有单向和双向两种,其呈现记忆行为的温度范围可借助合金的改良而加大或缩小。 2、铜系形状记忆合金 铜系形状记忆合金比镍—钛记忆合金更便宜且容易加工成型,因此颇具发展潜力。但铜系 形状记忆合金的强度不如镍—钛记忆合金,反复受热的形状记忆能力也衰减较快。为了提高铜 系记忆合金的机械性能,可添加微量的钛、锰、锆。铜系形状记忆合金中性能最好、应用最广 的是铜—锌—铝合金。 3、铁系形状记忆合金 铁系形状记忆合金成本低廉,原料丰富,更具有竞争力。已经开发的铁系形状记忆合金有 铁—锰合金、铁—铂合金以及不锈钢系形状记忆合金等。通过在铁—锰合金中添加硅,可获得 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 具有良好形状记忆效应的铁—锰—硅合金。铁—锰—硅合金的强度高,但耐腐蚀性较差。而在 这种合金中添加铬,则可大大提高耐腐蚀性。铁系形状记忆合金目前已在制作管接头、铆钉之 类连接件以及夹具等方面获得广泛应用,不仅便于人们安装和操作,而且安全可靠,是很有发 展前途的功能材料。 二、形状记忆合金在机械工程中的应用 形状记忆合金由于具有许多优异的性能因而广泛用于自动控制装置、机器人、汽车工业、 能源开发、医疗卫生以及日用消费品等领域。 1、用于汽车、机器人及能源开发等自动控制 形状记忆合金具有温度传感器的功能,同时其外形恢复时作功,又有执行元件的功能,因 此应用于温度传感器及执行元件上,其自动控制非常灵敏。形状记忆合金使用最多的是制动 器。目前,在汽车工业上使用的形状记忆制动器已达一百多种,主要用于控制引擎、传送、悬 吊等,以提高安全性、可靠性及舒适性。形状记忆合金在汽车手动传动系统的防噪装置以及发 动机燃料气体控制装置上也得到应用。 形状记忆合金的记忆效应和超弹性效应可应用于位移感测器以及工业用机器人制动器上。 形状记忆合金制动器在机器人上的应用已获得可喜成果。形状记忆合金有感温和驱动双重功能 可通过改变环境温度或通直流脉冲电流加热实现动作其结构简单紧凑、无噪音、成本低且不受 温度以外的环境或气氛影响可替代多种驱动装置。利用形状记忆合金弹簧与其合金丝可装配成 小型机器人,控制合金的收缩可操纵

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