形狀記憶合金是一種新型的功能材料, 它已成為功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。我們給已適當(dāng)變形的材料以溫度變化, 材料能自動(dòng)做功而恢復(fù)變形前形狀的效應(yīng)稱為“形狀記憶效應(yīng)”(shape memory effect,簡稱SME), 而具有形狀記憶效應(yīng)的合金稱為形狀記憶合金(shape memory alloy,簡稱SMA)。

最早在金屬中發(fā)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)可追溯到20世紀(jì)30年代。1938年, 美國的Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中發(fā)現(xiàn)了馬氏體的熱彈性轉(zhuǎn)變。隨后, 蘇聯(lián)的Kurdiumov對這種現(xiàn)象進(jìn)行了研究。1951年, Chang和Read在Au-47.5%Cd(原子數(shù)分?jǐn)?shù))合金中用光學(xué)顯微鏡觀察到馬氏體界面隨溫度的變化而發(fā)生遷移。這是最早觀察到金屬形狀記憶效應(yīng)的報(bào)道。數(shù)年后, Burkhart在In-Ti合金中觀察到同樣的現(xiàn)象。然而在當(dāng)時(shí), 這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)只被看作是個(gè)別材料的特殊現(xiàn)象而未能引起人們足夠的興趣和重視。直到1963年, 美國海軍武器實(shí)驗(yàn)室Buehler 等人開發(fā)并成功研制出具有實(shí)用價(jià)值的形狀記憶合金Nitinol后, 才廣泛引起了人們的興趣, 對形狀記憶合金的研究從此進(jìn)入了一個(gè)新的階段。1969年, Raychem 公司首次將Ti-Ni合金制成管接頭應(yīng)用于美國F14戰(zhàn)斗機(jī)上;1970年, 美國將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。這些應(yīng)用大大激勵(lì)了國際上對形狀記憶合金的研究與開發(fā)。20世紀(jì)70年代, 相繼開發(fā)出了Ti-Ni基、 Cu-Al-Ni基和Cu-Zn-Al基形狀記憶合金; 80年代開發(fā)出了Fe-Mn-Si基、 不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金。從20世紀(jì)90年代至今, 高溫形狀記憶合金、 寬滯后記憶合金以及記憶合金薄膜等已成為研究熱點(diǎn)。20世紀(jì)80年代初, 科研工作者突破了Ti-Ni合金研究中的難點(diǎn), 從此以后, 形狀記憶合金開始廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、 生活的各個(gè)領(lǐng)域。在各國申請的有關(guān)形狀記憶合金的技術(shù)專利已逾萬件, 投入市場付諸應(yīng)用的實(shí)例已有上百種。同時(shí), 隨著智能材料、 智能機(jī)構(gòu)研究的興起, 又將形狀記憶合金的應(yīng)用推向了更廣泛的領(lǐng)域。目前, 有關(guān)形狀記憶合金研究的科技論文數(shù)已位居馬氏體相變研究領(lǐng)域之首, 而且該類材料所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。

從發(fā)現(xiàn)形狀記憶合金至今, 其發(fā)展已有70余年的歷史。美國、 日本等國家對形狀記憶合金的研究和應(yīng)用開發(fā)已較為成熟, 同時(shí)也較早地實(shí)現(xiàn)了形狀記憶合金的產(chǎn)業(yè)化。我國從20世紀(jì)70年代末才開始了形狀記憶合金的研究工作, 起步較晚, 但起點(diǎn)較高。在材料冶金學(xué)方面, 特別是實(shí)用形狀記憶合金的煉制水平已得到國際學(xué)術(shù)界的公認(rèn), 在應(yīng)用開發(fā)上也有一些獨(dú)到的成果。但是, 由于研究條件的限制, 在形狀記憶合金的基礎(chǔ)理論和材料科學(xué)方面的研究上, 我國與國際先進(jìn)水平尚有一定差距, 尤其是在形狀記憶合金產(chǎn)業(yè)化和工程應(yīng)用方面與國外差距較大。

近10年來, 我國在形狀記憶合金基礎(chǔ)理論研究方面有了很大發(fā)展, 在形狀記憶合金的應(yīng)用和開發(fā)方面更是取得了長足進(jìn)步?，F(xiàn)在, 我國的形狀記憶合金產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正方興未艾, 國內(nèi)涌現(xiàn)了一大批以形狀記憶合金原料及產(chǎn)品為主要生產(chǎn)、 經(jīng)營項(xiàng)目的高科技公司?？梢灶A(yù)見, 未來幾年我國形狀記憶合金的研究和應(yīng)用開發(fā)將會(huì)有令人矚目的發(fā)展, 甚至可能出現(xiàn)較大的突破。

除了金屬材料外, 人們還發(fā)現(xiàn)在非金屬材料(如高聚物和陶瓷) 中也存在形狀記憶現(xiàn)象, 但目前尚處于初期探索階段。

現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶效應(yīng)的合金至少有:

① Ti-Ni、 Ti-Nb、 Ti-Ni-X(Fe、Cu、Au、Pt、Pd)。

② Au-Cd、 Au-Cu-Zn。

③ Cu-Zn、 Cu-Zn-Al、 Cu-Zn-Sn、 Cu-Zn-Ni、 Cu-Zn-Si、 Cu-Zn-Ga、 Cu-Al-Ni、 Cu-Al-Mn、 Cu-Al-Si。

④ Ag-Cd、 Ag-Zn、Ag-Zn-Cd。

⑤ Ni-Al、 Ni-Al-Co、 Ni-Al-Ti。

⑥ Co-Ni。

⑦ Fe-Ni、 Fe-Ni-Co-Ti、 Fe-Mn、 Fe-Mn-C、 Fe-Mn-Si、 Fe-Mn-Si-Ni(Cr)、 304不銹鋼和Fe-Pt等。?