【正文】 形狀記憶功能機(jī)理 建筑工程學(xué)院 3） 鎳一鈦合金的特性 ? 鎳一鈦合金是到目前為止所開(kāi)發(fā)的最成熟 、 應(yīng)用最多的形狀記憶合金材料 ， 它具有如下特性 。 建筑工程學(xué)院 ? l 醫(yī)療器械：?jiǎn)蜗蛐托螤钣洃浐辖鸪擞糜诠艿澜宇^和宇宙開(kāi)發(fā)用天線之外 ， 還用于電子連結(jié)器 、半導(dǎo)體密封部位 、 各種夾鉗 、 U型金屬件等 。 在工廠內(nèi)進(jìn)行形狀記憶熱處理后 ， 對(duì)接頭再進(jìn)行擴(kuò)大內(nèi)徑的塑性加工， 并在環(huán)狀接頭的內(nèi)表面涂一層密封材料 ， 保證連結(jié)效果 。 為了保證配智能順利地插入接頭內(nèi)， 并且在接頭還有充分收縮能力時(shí)就與配管相接合 ， 要控制配管外徑的尺寸高敬 圖 13 14形狀記憶合金配管性在 2％ 以內(nèi) 。 圖 13 15中與氫元素發(fā)生反應(yīng)的金屬（ M） 叫做吸氫金屬 ， 該金屬與氫反應(yīng)生成金屬氫化物 （ MH。 圖 11N吸氫合金的制冷制熱空調(diào)機(jī)理 。 建筑工程學(xué)院 非晶質(zhì)金屬材料的制造方法 建筑工程學(xué)院 ? 2） 加工制造方法 ? 非晶質(zhì)金屬材料可制成線材或薄板 ， 用于建筑構(gòu)件或其他領(lǐng)域 。 陰極真空噴鍍法為 107——109 ℃ /s， 液體急冷法為 105——106 ℃ /s 。 普通的金屬在結(jié)晶粒子之間可能存在著一些雜質(zhì)微粒 ， 會(huì)使磁性降低 ， 并且晶粒在聚集時(shí)容易按特定的方向排列也會(huì)使磁場(chǎng)偏向 。 建筑工程學(xué)院 裝飾性金屬表面膜 ? 金屬表面膜用于建筑物的裝飾在古代已有先例 ， 圖為坐落在日本的古都京都的金閣寺 ， 又名鹿苑寺 ， 建于1397年 ， 建筑物共有三層 。 ? 2） 不銹鋼的鋁鎳處理 ? 以不銹鋼為基體材料 ， 將不銹鋼浸泡在鉛酸 、 鎳酸和硫酸的混合液中 ， 在表面形成銘 、 鎳氫化物 ， 控制氧化膜的組成與厚度 ， 可獲得不同顏色 ， 例如金色 、 紅色等 。 鋁合金材料具有質(zhì)量輕 、 強(qiáng)度高 、 延展性好 、 耐腐蝕性好 、 表面有光澤 、裝飾性能好等優(yōu)點(diǎn) ， 在建筑領(lǐng)域大量用作建筑物的門窗 、 外墻幕墻材料及室內(nèi)裝修 ， 是 20世紀(jì)后半期開(kāi)始大量應(yīng)用的新型建筑材料 。 由于超塑性鋁合金的內(nèi)部晶粒極為微細(xì) ， 在室溫下具有很高的強(qiáng)度 ，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到 500MPa以上 ， 同時(shí)具有優(yōu)異的塑性變形性能 ，因此可以制造出形狀復(fù)雜 、 輕質(zhì)高強(qiáng)的建筑構(gòu)件 。 通過(guò)改變電解液的組成和溫度 、 電流密度及鋁合金的成分等因素 ， 可以獲得不同成分的氧化膜 ， 得到金色 、 銀色 、 黑色等不同的表面顏色 ， 賦予鋁合金板材優(yōu)良的裝飾性 。 只是生產(chǎn)成本較高 ， 且容易腐蝕的問(wèn)題是最大的弱點(diǎn) 。 ? 錯(cuò)質(zhì)涂層材料不僅用于屋頂 ， 還大量用作建筑物的窗框材料 ， 在鋁質(zhì)涂層板材表面加工成凹凸不平的花紋或云霧狀 ， 獲得良好的裝飾效果 。 但是這種在大氣環(huán)境中自然形成的氧化鋁保護(hù)膜比較薄 ， 對(duì)金屬的保護(hù)作用有限 ， 為了進(jìn)一步提高鋁質(zhì)金屬的耐腐蝕性 ， 人們又開(kāi)發(fā)了陽(yáng)極氧化保護(hù)膜處理技術(shù) ， 人工形成更加堅(jiān)厚的氧化保護(hù)膜 ， 稱之為 “ 陽(yáng)極氧化鋁 ” 保護(hù)膜 。 ? 從 20世紀(jì) 80年代開(kāi)始應(yīng)用于建筑領(lǐng)域 ， 利用鋁合金的超塑性特點(diǎn)加工形狀復(fù)雜的內(nèi)外裝修板材 。 厚的軟質(zhì)或半硬質(zhì)聚氯乙烯塑料薄膜制成的板材 ， 具有耐熱 、 耐腐蝕性能 ， 并可根據(jù)需要選擇不同的顏色 ， 可用作建筑物的墻板 、 屋頂?shù)?。 ? 1） 電化學(xué)方法形成氧化膜 ? 在金屬表面利用電化學(xué)方法人工形成氧化膜獲得裝飾效果 ， 這種方法廣泛用于鋁和鈦金屬 。 ? 目前非晶質(zhì)合金主要應(yīng)用于太陽(yáng)能電池 、 變壓器 、 振子材料 、 感知器 、 磁性過(guò)濾器等電子部件 。 在酸性 、 堿性溶液中 ， 非晶質(zhì)含金也表現(xiàn)出比不銹鋼更加優(yōu)良的耐蝕性 ， 在這些腐蝕性介質(zhì)中不銹鋼難以避免地會(huì)發(fā)生孔蝕和縫隙腐蝕， 而非晶質(zhì)合金卻不會(huì)發(fā)生這些腐蝕現(xiàn)象 ， 圖 1 18所示為鋁鎳不銹鋼與非晶質(zhì)金屬在鹽酸溶液中的耐腐蝕性比較 ， 由圖可見(jiàn) ， 隨著鹽酸濃度的增加 ， 不銹鋼被腐蝕的速度迅速增大 ， 而非晶質(zhì)金屬幾乎不被腐蝕 。 ? l 渦空法：制造金屬微粉 ， 采用導(dǎo)熱性較低的轉(zhuǎn)輪 ， 可制成直徑大約為 100 μ m直徑的球狀金屬微粉 。 利用這一特性 ， 將非晶質(zhì)金屬加工成薄膜狀材料用于防腐覆蓋層 ， 其加工方法也比普通的金屬容易得多 ， 現(xiàn)在已經(jīng)能夠生產(chǎn)出寬幅的板狀材料 。 門對(duì)于能夠供應(yīng)常溫水和溫水的建筑物 ， 這種制冷制熱空調(diào)從理論上講是可能實(shí)現(xiàn)的 。 20世紀(jì) 60年代后葉一 70年代前葉 ， 人們開(kāi)始探討利用金屬與氫的反應(yīng)來(lái)貯藏氫 ， 開(kāi)發(fā)了許多能夠重復(fù)性地吸收 、 放出氫元素的合金材料 。 用高頻加熱裝置持控頭加熱到 。 利用形狀記憶合金做配管的接頭 ， 可以減少現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量 ， 使配管在現(xiàn)場(chǎng)的連接施工變得省力 、 簡(jiǎn)單 。 ? l 宇宙開(kāi)發(fā)：形狀記憶合金在宇宙開(kāi)發(fā)中也已得到應(yīng)用 ，例如用做人造衛(wèi)星或月球表面的天線 。 如果應(yīng)變過(guò)大 ， 破壞了合金內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu) ， 即使加熱到相變溫度 ， 形狀也不能完全回到初始位置 。 如圖 13 13所示 ，形狀記憶合會(huì)在高溫下的晶格結(jié)構(gòu)稱為基本相 ， 隨著溫度的降低 ，達(dá)到馬氏體變態(tài)溫度時(shí) ， 合金內(nèi)部發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變 ， 即晶格結(jié)構(gòu)成為馬氏體相 。 之后再冷卻至室溫條件 ， 如果合金的形狀不再改變 ， 仍然保持直角狀態(tài) ， 叫做單方向性記憶型；如果在常溫下合金又恢復(fù)成平板形狀 ， 叫做雙向性記憶型 。 ? 形狀記憶合金最早出現(xiàn)于 1951年 ， 當(dāng)時(shí)在美國(guó)一座大學(xué)的研究所里 ，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)研究人員發(fā)現(xiàn)金 鎘合金具有記憶形狀的功能 ， 但是由于是一種特殊的合金 ， 并未引起人們的足夠重視 。 例如高智能化的建筑物 、 核熔爐 、 磁懸浮鐵路系統(tǒng)等容易產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng) ， 如果采用普通的具有磁性的金屬材料 ， 在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生力的作用 ， 不利于結(jié)構(gòu)體的正常運(yùn)行 。 建筑工程學(xué)院 低溫用金屬材料使用可能的溫度界限 建筑工程學(xué)院 金屬纖維 ? 為提高混凝土或砂漿材料的抗拉強(qiáng)度 ， 常常在混凝土或砂漿中摻入金屬短纖維 ， 制成纖維砂漿或纖維混凝土 。 建筑工程學(xué)院 常用金屬的比強(qiáng)度 建筑工程學(xué)院 耐低溫金屬材料 ? 金屬材料在常溫下具有很高的強(qiáng)度和韌性 ， 隨著溫度降低 ， 金屬材料的韌性下降 ， 開(kāi)始緩慢下降 ， 當(dāng)溫度下降到一定程度時(shí) ， 對(duì)于很小的溫度變化 ， 金屬的韌性突然降低 ， 該溫度稱為金屬材料的臨界脆性溫度 。 為減輕高層 、 超高層建筑物的自重 ， 要求用于主體結(jié)構(gòu)的金屬材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)性能 ， 即比強(qiáng)度值要高 。 建筑工程學(xué)院 耐火鋼 ? 雖然鋼材在常溫下具有很高的強(qiáng)度 ， 但是耐熱性差 ， 隨溫度升高強(qiáng)度降低 ， 變形嚴(yán)重 。 同時(shí)彩色鈦金屬板顏色與光澤的耐蝕性 、 耐候性也非常優(yōu)秀 。 最近又開(kāi)發(fā)出 Cr含量更大的新品種不銹鋼 ， 可耐 500—700℃高溫 ， 用于火力發(fā)電廠或建筑物中的耐火覆蓋層 。 為了達(dá)到這個(gè)目的 ， 在超高強(qiáng)度鋼材中加入一部分較柔軟的金屬組織 ， 即鐵素體 ， 使鋼材保持原有超高強(qiáng)度的同時(shí) ， 降低其屈服強(qiáng)度 ， 減小屈強(qiáng)比 ， 并增加鋼材的塑性和韌性 ， 提高安全性 。 所以對(duì)于工程上使用的鋼材 ， 不僅希望具有較高的強(qiáng)度極限和屈服強(qiáng)度 ， 而且還希望屈強(qiáng)比值適當(dāng)降低 。 所以要求開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度鋼材和超高強(qiáng)度鋼材 。 這時(shí)的應(yīng)力稱為極限抗拉強(qiáng)度 。如果有雜質(zhì)元素原子存在會(huì)妨礙原子的滑移，所以合金材料比單一金屬材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力值要高，即彈性極限和屈服極限值高。 由該曲線可以看出 ， 對(duì)金屬材料施加拉力直至破壞 ， 在不同的階段具有以下力學(xué)特性 。 建筑上常使用低碳鋼 。 點(diǎn)缺陷包括空垃 、 間隙原子和置換原子 。 可見(jiàn)相同體積的晶粒內(nèi)部 ． 面心立方晶格比體心立方晶格的原子密度大 ， 原子之間的距離較小 。 其中建筑鋼材的使用量最大 ， 主要用作結(jié)構(gòu)材料 ， 其產(chǎn)品形式有型材 、 板材 、 管材和線材；不銹鋼主要用于廚房設(shè)備 、 衛(wèi)生潔具和建筑裝飾； ? 鋁及鋁合金質(zhì)量輕 ， 耐腐蝕性強(qiáng) ， 裝飾性能好 ， 主要用于門窗 、 室內(nèi)外裝修 、 裝飾 、 幕墻材料和金屬器具； ? 銅的價(jià)格較貴 ， 只限于建筑五金 、 門窗和家具的裝飾或金屬器件 ， 用量很少 。 在結(jié)晶粒子的內(nèi)部 ， 金屬原子按照～定的規(guī)律在三維方向上呈現(xiàn)則排列 ， 其排列規(guī)律可以用空間格子來(lái)描述 ，叫做晶格 。 例如普通碳素鋼在不同溫度下的晶格變化為： 建筑工程學(xué)院 建筑工程學(xué)院 晶粒之間的界面 — 晶界面 建筑工程學(xué)院 ? 在工業(yè)生產(chǎn)中 ， 為了提高金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性 ， 或者為了獲得某種特殊性能的材料 ， 常常在母體金屬元素中添加少量其他元素的原子制成合金材料 ，這種添加的金屬元素稱為合金元素 。 建筑工程學(xué)院 晶格缺陷 建筑工程學(xué)院 ? 線缺陷將造成位錯(cuò)現(xiàn)象 ， 是影響金屬機(jī)械性能最重要的缺陷形式 ， 首先位錯(cuò)的存在降低金屬材料的強(qiáng)度 ，金屬在受力變形過(guò)程中晶格將沿著與位錯(cuò)垂直的面發(fā)生滑移 ， 使金屬的強(qiáng)度降低 2一 3個(gè)數(shù)量級(jí)；其次位錯(cuò)能提高金屬的塑性變形性能 ， 取延性 ， 因?yàn)榛嬖谑菇饘俨牧显谑芰r(shí)能產(chǎn)生較大的塑性變形 ， 這個(gè)特點(diǎn)使得對(duì)金屬進(jìn)行彎曲 、 鏈加工成為可能 。 建筑上常用低合金鋼 。 在彈性極限內(nèi) ， 晶格發(fā)生微小變形 ， 當(dāng)外力去除后變形能夠恢復(fù) 。 建筑工程學(xué)院 ? l