高温形状记忆合金的研发

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目前应用最为广泛的形状记忆合金为近等原子比的钛镍合金，但受材料本身内在属性的限制及加工过程的影响，钛镍合金的马氏体相变开始温度Ms很难突破100°C，这严重阻碍了形状记忆合金在高温下的应用，为了满足高温环境下对形状记忆合金的需求，研究人员开展了对相变温度高于100°C的形状记忆合金的研究，这类合金称为高温形状记忆合金。高温形状记忆合金，除了要求具有较高的相变点Ms和可接受的应变恢复水平外，还需具备较好的长程稳定性，较强的防止塑性变形和蠕变的能力以及抗氧化性等，此外，还需具有良好的可加工性和可承受的成本范围。近年来正在研发的高温形状记忆合金主要有以下一些。

一、钛镍钯/钛镍铂系高温形状记忆合金。
利用钯或者铂取代钛镍合金中的镍可以提高材料的Ms点，同时，钛镍钯、钛镍铂还具有可接受的加工性和良好的形状记忆效应。当钯的原子分数大于Ms最低成分点后，每多用1%的钯取代镍将会使合金的Ms点升高约15°C，因此可以通过调节钯的含量来控制材料的Ms点。钛镍钯薄膜材料在微电子机械系统方面已经显示良好的应用前景。但由于使用了价格昂贵的钯、铂金属元素，使其应用范围受到了限制。
二、镍钛锆/镍钛铪系高温形状记忆合金。
镍钛锆/镍钛铪系合金由于成本低廉且具有较高的Ms点而受到关注。镍钛铪合金的Ms点在铪的原子分数超过3%后随铪含量的增多而升高。镍钛锆合金的Ms点当锆原子分数超过10%后随锆含量的增加按每1%约18°C的幅度升高。这个系列的合金屈服强度低，有可能在外加应力下还未发生马氏体转变就已经产生了塑性变形；其另一个缺点是比较脆，且铪或锆的含量越高材料的硬度越高，脆性越大，使得材料不便于加工；其热滞也比较宽，不利于形状记忆特性。这些都有待研究改进。
三、镍锰镓高温形状记忆合金。
镍锰镓合金由于具有磁性形状记忆特性，近年来成为形状记忆合金领域的研究热点。当用含较高价电子数的元素镍取代低价电子数的镓和锰时，可以提高马氏体相变温度。例如，通过调整Ni50+xMn25Ga25-x合金中x的值，可使其马氏体转变峰温度由x=2时的39.1°C升至x=7时的443.8°C。镍锰镓单晶合金具有良好的形状记忆效应，但其多晶材料塑性差，还需研究克服其脆性的方法。
四、铜铝基高温形状记忆合金。
铜基形状记忆合金成本低廉，且具有较好的形状记忆。在铜铝合金中加入少量镍可以稳定母相。单晶铜铝镍合金具有优异的形状记忆和超弹特性，如Cu81.8Al14Ni4.2单晶合金，在204.5°C沿[001]方向进行拉伸，可以获得超过17%的完全可回复超弹应变；但多晶铜铝镍合金的延展性却非常差，这严重影响了它的形状记忆和超弹应用。该系合金在高温下使用时还存在稳定性的问题。