形状记忆合金增强水泥基复合材料及其构件研究进展

传统的水泥基材料适用性强、经济性高、用途广泛,但是容易开裂,难以恢复。通过热弹性马氏体相变及其逆相变,形状记忆合金拥有了独特的形状记忆效应、超弹性等卓越性能。因此,可以利用形状记忆合金增强水泥基材料及构件,克服传统水泥基材料抗裂性能差的缺陷,改善水泥基材料构件的开裂和变形自恢复能力。本文从形状记忆合金的材料特性与种类、形状记忆合金纤维增强水泥基复合材料及形状记忆合金筋材增强水泥基复合材料构件三个方面进行综合阐述,并指出现有研究中存在的不足,展望了形状记忆合金增强水泥基复合材料的发展前景。

形状记忆合金纤维与高延性水泥基复合材料基体的界面粘结性能的影响

针对形状记忆合金(SMA)纤维端部形式、直径、深径比(粘结长度/纤维直径)3个因素设计制作了5组试件,通过位移控制加载进行拉拔试验,分析了破坏形态、拉拔应力-应变曲线、平均粘结强度以及纤维利用率等性能,并比较了各因素对其与高延性水泥基复合材料(ECC)粘结力学性能的影响。基于试验结果,对SMA纤维在ECC中的破坏模式和粘结-滑移机理进行分析。结果表明,SMA纤维拉拔应力-位移曲线分为弹性阶段、脱粘阶段、马氏体相变阶段以及马氏体硬化阶段,直型端部SMA纤维直径和深径比的增大均会降低界面间粘结力,而N型端部SMA纤维端部锚固力能够有效改善界面间粘结性能和提高纤维利用率。

NiTi基形状记忆合金驱动器的研究进展

NiTi基形状记忆合金(SMA)驱动器存在驱动频率低、能耗高及控制精度不高的问题。综述了NiTi基SMA驱动器、一维宏观本构模型的研究进展,并提出了驱动器研究优化的方向,即异质多段型SMA驱动器的结构和制备工艺研究、传热状态的多参数宏观模型仿真及控制技术研究。

NiTi形状记忆合金纤维与工程水泥基复合材料界面粘结-滑移的本构关系

通过循环拉拔试验研究了形状记忆合金(SMA)纤维与工程水泥基复合材料(ECC)的粘结性能及其粘结滑移本构模型。在位移控制循环加载过程中,考虑SMA纤维直径、纤维末端形状和粘结长度的影响,获得拉伸应力位移曲线及粘结应力滑移曲线,结果表明:打结型端头可以为SMA纤维提供充足锚固力,其最大拉伸应力可达1039.7 MPa,分别为弯钩型端头、直型端头的2.69、6.97倍;增加SMA纤维与ECC的粘结长度会降低纤维最大拉伸应力,提高SMA纤维的延性;增大SMA纤维直径可使纤维最大拉伸应力增加,且延性也会增加,纤维更不易断裂;将SMA纤维与ECC的本构模型分为不充分锚固及充分锚固2类分别提出本构关系,试验曲线与拟合曲线基本吻合。

NiTi基形状记忆合金增材制造技术研究进展

NiTi基形状记忆合金具有优异的耐蚀性、生物相容性和形状记忆效应,应用非常广泛。增材制造技术能直接成形具有复杂形状的NiTi基形状记忆合金构件。目前可用于制备NiTi基形状记忆合金的增材制造技术有电子束熔炼、激光熔融沉积和选区激光熔炼。影响采用增材制造技术制备的NiTi基形状记忆合金性能的因素有增材制造工艺、化学成分和显微组织等。

高性能Cu基形状记忆合金组织设计研究进展

Cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展前景的一类形状记忆合金。但普通多晶组织Cu基形状记忆合金在应用时存在塑性差、易发生晶界开裂、疲劳寿命短、马氏体相变临界应力低等问题,严重制约了其应用范围,通过合理的组织设计可有效解决这些问题。综述了近年来高超弹性、高马氏体相变临界应力Cu基形状记忆合金组织设计方面的研究进展。研究发现,按照获得具有高相变应变的晶粒取向、获得大的晶粒尺度、获得平直的低能晶界等组织设计原则制备的竹节晶组织和柱状晶组织Cu基形状记忆合金的超弹性可达到7%以上。再经热处理析出贝氏体强化相后,可获得超弹性大于5%,马氏体相变临界应力大于650 MPa的优秀性能。

Cu基形状记忆合金的应用进展

形状记忆合金作为一种智能型功能材料,自1962年首次获得应用以来,在众多相关领域得到了越来越多的关注和应用。Cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展潜力的一类形状记忆合金。近几年,智能系统的迅速发展和高性能Cu基形状记忆合金的开发较大的推动了Cu基形状记忆合金的应用。综述了近5年Cu基形状记忆合金在交通运输、机械制造、土木建筑、生物医疗等方面的最新应用实例,并对其未来发展方向进行了展望。

生理盐水中生物医用TiNi基形状记忆合金的腐蚀行为

采用电化学测试技术和化学浸泡试验对生物医用TiNi基形状记忆合金在生理盐水中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,TiNi合金比TiNiCu合金阳极钝化区拓宽,孔蚀电位正移,腐蚀率减小。通过EDX分析和SEM观察发现,TiNi合金蚀孔内存在富Ti贫Ni的Ti2Ni析出相,而TiNiCu合金存在Cu原子富集的CuNi相,从而验证了这些析出相是萌生孔蚀的敏感位置。在生理盐水中TiNiCu合金的耐蚀性比TiNi合金劣,其原因是TiNiCu合金有较多的残余奥氏体及单斜和斜方的马氏体结构,存在不同晶体结构区域,造成电化学性质不均匀性,从而形成了腐蚀微电池,加速了活性溶解。

TiNi基形状记忆合金薄膜研究进展

Ti Ni基形状记忆合金薄膜除具有和体材料相同的形状记忆特性外,还因表面积大、散热能力好,改善了体材料响应速度较慢的缺点,在微电子机械系统领域是一种具有广阔应用前景的材料。综述了近年来Ti Ni基形状记忆合金薄膜研究现状,并对其应用进行了评述。

TiNi基形状记忆合金点蚀倾向的电化学研究

用电化学极化方法研究了Ｔｉ５０Ｎｉ５０、Ｔｉ５０Ｎｉ４２Ｃｕ８及３１７Ｌ合金在不同ｐＨ值的１％ＮａＣｌ水溶液中的耐蚀性。恒电位阳极极化曲线表明：Ｃｕ的加人明显提高了ＴｉＮｉ合金的再钝化电位；但对点蚀电位的影响较复杂，在ｐＨ１—５时ＴｉＮｉＣｕ高于ＴｉＮｉ合金，在ｐＨ＝６—１０时ＴｉＮｉＣｕ则低于ＴｉＮｉ合金，ｐＨ值增大至１１～１３时，两者又趋于接近。实验中还发现，与３１７Ｌ相比，ＴｉＮｉ合金的点蚀电位测量数值分散性较大，Ｃｕ的加入对这种分散性无明显影响。

Ti-Ni基形状记忆合金的特性和应用研究进展

Ti-Ni基形状记忆合金具有优异的性能,已在机械电子、航空航天、建筑工程、生物医疗及日常生活等领域得到广泛应用。近年来,对该合金特性及应用的研究取得了很大发展。论述了Ti-Ni基形状记忆合金的形状记忆效应、超弹性、高阻尼特性的种类、机制、影响因素及应用的研究进展,指出了该合金的发展方向,提出了该研究领域今后的研究重点和需进一步解决的问题。

Ti-Ni基形状记忆合金的特性及其影响因素研究进展

Ti-Ni基形状记忆合金因具有优异的形状记忆效应、超弹性、高阻尼特性和生物相容性而得到了广泛应用。近年来,对该合金特性及其影响因素的研究取得了很大进展。本文论述了Ti-Ni基形状记忆合金形状记忆效应、超弹性、高阻尼和生物相容性及其影响因素的研究进展,指出了该领域今后的研究重点和需进一步解决的问题。

高耐热Cu-Al-Mn形状记忆合金热循环特性

利用电阻 温度曲线、形状记忆效应 (SME)测定和X射线衍射分析等方法研究了热循环对高Ms 点 (2 30℃ )的Cu 2 4Al 3Mn(原子百分比 ,下同 )形状记忆合金马氏体相变的影响。结果表明 ,热循环使该合金马氏体相变点下降 ,与此相伴随的结构变化是马氏体原子次近邻有序度下降 ,单斜角 β趋近 90°。与传统铜基记忆合金相比 ,该合金具有较高的抗热循环衰减能力 ,最高工作温度可达 35 0℃。该合金的高耐热性来源于 β1母相结构稳定 ,在工作温度下不易分解以及马氏体结构 (β =89.6°)接近于N1 8R ,在一定程度上抑制了热循环过程中M 1 8R向N1 8R的转变 。

不同加工态Ti-Ni基形状记忆合金相变、形变特性研究进展

综述了近年来有关化学成分和热处理工艺对Ti-Ni基形状记忆合金(SMA)相变、形变特性影响规律的研究进展,介绍了弹簧、薄膜、多孔、复合及单晶等不同加工态形状记忆材料及其特性的研究现状,指出了该研究领域今后的发展方向。通过加入适当的合金元素并选择合理的热处理工艺,可有效改变Ti-Ni基SMA的相变温度和相变热滞,进而可获得所需的形状记忆效应或超弹性特性。纤维化、薄膜化、多孔化、复合化是Ti-Ni基SMA今后的发展趋势。

TiNi基形状记忆合金合金化研究进展

综述了近年来在TiNi基形状记忆合金中添加的合金元素种类,以及各种合金元素对TiNi基形状记忆合金性能的影响。分析了加入Cu、Cr、Ce、Hf、Pd、Co和Al合金元素对材料相变、形状记忆效应和超弹性的影响,提出了该研究领域今后的研究重点和需进一步解决的问题。

TiNi基形状记忆合金薄膜的相变特征研究

利用磁控溅射的方法在单晶S i和非晶S iO2基片上制备了TiN i和TiN iCu形状记忆合金薄膜,并利用示差扫描量热法和基片曲率法研究了薄膜的相变特征及应力随温度的变化。研究结果表明450℃溅射形成的记忆合金薄膜具有良好的形状记忆效应,在微电子机械系统有很好的应用前景。TiN i薄膜降温时出现R相变,因而发生两步相变,而TiN iCu薄膜中马氏体和奥氏体间直接转变。基片以及薄膜成份对相变点有很大的影响。单晶S i片作为基片时,记忆合金薄膜和基片间有很好的结合力,而S iO2作为基片时,记忆合金薄膜容易剥落。

不锈铁基形状记忆合金记忆机制的研究

本文利用拉伸变形、ｘ射线衍射、光学金相和透射电子显微镜等测试方法研究了不锈铁基形状记忆合金Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｎ－Ｓｉ的微现行为。试验结果表明，室温拉伸变形量较小（在２％以内）时，可获得较完全的形状记忆效应，这主要与形变过程中产生单一位向的ε马氏体和大量单一位向的形变孪晶在加热时的逆转变相联系。当形变量较大（大于３％）时，形状记忆效应迅速降低，这与形变过程中产生不同位向的ε马氏体和形变孪晶以及滑移产生不可逆塑性变形和形成多量的α￣′马氏体有关。

Cu基形状记忆合金的阻尼及记忆效应的应用

综合回顾了Cu基形状记忆合金的研究发展现状,并概述了其阻尼机制及分类,分析了Cu-Al、Cu-Zn系合金的阻尼能力和影响因素,并介绍了Cu基形状记忆合金的应用,提出了其应用推广前要解决的问题.最后给出了一些应用实例.

Fe-Mn-Si基形状记忆合金记忆效应的研究现状

Fe-Mn-Si形状记忆合金具有原料丰富、价格低廉、力学性能好、切削性能好等优点,具有广阔的应用前景。对Fe-Mn-Si基形状记忆合金的记忆机理研究进行了介绍,着重讨论了Mn、Si、Cr、Ni含量对记忆效应的影响,并对现有提高形状记忆合金记忆效应的方法进行了总结。介绍了Fe-Mn-Si形状记忆合金在工程中的实际应用,指明了未来的研究方向。

Cu基形状记忆合金的电阻点焊连接工艺研究

采用金相观察、拉伸、扫描电镜等方法,研究了CuZnAl形状记忆合金交流点焊焊接接头的机械性能、形状恢复率等,并研究了热处理和焊接工艺参数对焊接接头机械性能和形状恢复率的影响,给出了获得较高形状恢复率接头的焊接参数.焊后热处理能够细化CuZnAl形状记忆合金的晶粒组织,在一定程度上提高了合金的综合机械性能,一定冷热循环次数后,焊接接头形状恢复率达到较高水平并趋于稳定.