雙程形狀記憶效應

彈簧在加熱溫度超過A_f時，壓緊彈簧伸長；冷卻到低於M_f時，它又自動收縮。再加熱時，再次伸長。這個過程可以反覆進行，彈簧顯示出能分別記憶冷和熱狀態下原有形狀的能力。雙程形狀記憶效應需要對合金進行一定訓練後才能得到，也就是把記憶合金製作的元件在外加應力作用下，反覆加熱和冷卻。當合金加熱，恢復到它原來的形狀時，即可輸出力而做功。通常這種合金的雙程記憶效應，配上偏置彈簧製成各種驅動器。

基本介紹

• 中文名：雙程形狀記憶效應
• 外文名：Two-way shape memory effect
• 標準：加熱溫度Mf
• 獲取途徑：進過一定的訓練
• 套用：各種驅動器
• 訓練方法：SIM與SME

形狀記憶效應

形狀記憶效應是指把具有某種形狀的材料從高於某個臨界溫度的高溫快冷，使之形成低溫相，在此狀態下變形，產生一定的殘留應變後重新加熱，超過某臨界溫度時發生逆相變並回復到原來形狀的現象。例如，對於一此金屬合金，在高溫相(奧氏體相)時將其處理成一定形狀並急冷下來，在低溫相(馬氏體相)狀態下經塑性變形成另一種形狀，然後加熱到高溫相成為穩定狀態的溫度時通過馬氏體逆相變會恢復到低溫塑性變形前的形狀。具有形狀記憶效應的材料稱為形狀記憶材料。記憶材料包括形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶高分子材料。

退火溫度對雙程記憶效應的影響

對冷軋NiTi合金試樣經不同溫度退火後，彎曲形變8%時測得的雙程可逆應變數與退火溫度的關係。當退火溫度低於450℃時，隨著退火溫度的升高，雙程可逆應變數略有上升。退火溫度在450～550℃之間，雙程可逆應變數隨著退火溫度的升高而顯著增加。退火溫度超過550℃時，溫度繼續升高，雙程可逆應變數基本不變。退火溫度對NiTi合金雙程記憶效應的影響，與冷軋變形試樣經不同溫度退火後，母相中位錯的分布及母相強度不同有關。退火溫度較低時，母相中位錯密度及材料強度較高，應力誘發馬氏體再取向比較困難，雙程形狀記憶效應較差 。退火溫度升高，母相中位錯密度下降，母相強度降低，隨後形變時，容易產生應力誘發馬氏體再取向，並引入位錯，使試樣內部應力場發生變化，產生較好的雙程形狀記憶效應。

訓練方法

雙程記憶效應需經過一段訓練才能得到。訓練方法有兩種，用其中一種或兩種並用均可。第一種方法是在M_f以上反覆形變，即反覆形成應力誘變馬氏體(SIM)。卸去外力後，試樣內部形成的應力狀態使M_f以下的馬氏體相變產生選擇性，造成某些變體易於形成，另一些變體則不出現，在母相轉變成馬氏體時，也會伴有顯著形變。這樣，正向和逆向轉變都伴有定向的形變，便可獲得雙程記憶效應。第種方法是形狀記憶合金循環法(SME)。首先將合金經淬火形成馬氏體，然後外加應力變形，再加熱發生逆轉變就會恢復原來形狀，如此反覆處理多次，這樣也可獲得雙程記憶效應，若把SIM和SME聯合使用會得到更好的效果。為了達到100%的可恢復率，應變數應限制在3%~9%之間，具體數值取決於不同的合金。實驗表明，之所以有雙程記憶效應，是因為合金中存在著方向性的應力場或晶體缺陷。相變時;馬氏體容易在這種缺陷處形核，同時發生擇優生長。

形變數對雙程記憶效應的影響

通過觀察NiTi合金在850℃退火試樣在273K形變時，雙程可逆應變數與彎曲形變數的關係。可以看出，雙程可逆應變數隨彎曲形變數的增加而增加，但形變數進一步增加到一定程度，雙程可逆應變數呈下降趨勢。由此可見，過大的形變數會損害合金的雙程形狀記憶效應。研究表明，在形變數小於12%的形變階段，馬氏體的主要形變方式表現為變體間的合併或再取向。試樣經5%彎曲形變後馬氏體變體間的界面在外力作用下發生遷移，界面彎曲，但馬氏體變體間未失去明顯的自協作關係。彎曲形變8%的樣品，與彎曲形變5%樣品相比，處於有利取向的變體吞併處於不利取向的變體，表明馬氏體變體發生了再取向。12%彎曲形變後的樣品中兩個處於有利取向的變體已經基本吞併了夾在二者之間處於不利取向的變體，同時變體內部亞組織板條的合併和再取向程度也很大。變體A與變體B內部板條間的合併程度明顯不同，變體A中較為劇烈；變體A和變體B內部板條間界面的跡線方向也並非平行，說明即使處於有利取向的變體內部板條在外力作用下也在不停地調整其取向，不難推測隨著形變數的進一步增加，變體A與B會繼續合併，融合到一起。大量的透射電鏡觀察結果表明，當彎曲形變數達到12%時，試樣中馬氏體變體的再取向基本完成。形變數超過12%後，變體間的界面推移變得較為困難，馬氏體的變形方式發生變化，由變體間逐漸轉移到變體內部，最突出的特點就是變體內部新型孿晶組織的出現。