硬核战双105文案
记忆金属,又称为形状记忆金属,是一种在一定温度范围下发生塑性形变后,
在该金属的形变(变态)温度以上的温度中又能恢复原来宏观形状的特殊金属材料。
瑞典人奥兰德和美国的科学家先后在1951年和1953年的时候在试验中
偶然发现金-镉合金和铟-铊合金具有记忆形状的功能,
但因其造价昂贵和生产难度较大而未引起重视。
1963年美国海军武器研究所在研究镍-钛合金性能时偶然发现该合金具有明显的形状记忆效应,并且这一次这个性质被重视了
因此,目前普遍认为,记忆金属最早出现于上个世纪70年代。
目前已发现的记忆金属体系共有几十种,最常见或者说名气传播最广的就是镍钛合金
记忆金属能够在一定温度下恢复原来的宏观形状的微观原因是
在不同的温度条件下物质的晶体结构发生了变化,
从马氏体转变为奥氏体。(即马氏体相变的逆转)
在低温状态下,记忆金属的结构是一种叫做马氏体的结构,这种结构具有一定的弹性和形状记忆的特性。
而在高温状态下,记忆金属的结构则变成了另一种叫做奥氏体的结构,这种结构则具有更高的塑性和可塑性。
形状记忆合金中的记忆特性是在马氏体逆相变中发现的。
通常把马氏体相变中的高温相叫做母相(P),低温相叫做马氏体相(M),在记忆金属中,高温相或者说母相就是奥氏体相
从母相到马氏体相的相变叫做马氏体正相变,或马氏体相变,
从马氏体相到母相的相变叫做马氏体逆相变。
先来讲马氏体相变
从广义来说,马氏体相变是共格切变型相变。
共格切变型相变是指相变过程不是通过原子扩散,而是通过切变方式
使母相(奥氏体)原子协同式地迁移到新相(马氏体)中,而迁移距离小于一个原子间距,
并且两相间保持共格关系(共格:两相界面上,原子成一一对应的完全匹配,即界面上的原子同时处于两相晶格的节点上,为相邻两晶体所共有)的一种相变。
我们知道,日常生活中常见的物体相变就是固液气的三态转变,从固态到液态或者到气态的过程中,由于温度升高,也就是能量升高,使得物体中的化学键断裂,使原子或者分子的束缚减小,而温度升高也会使它们的布朗运动加强,这就会使得这些原子或者分子逐渐向周围的空间扩散,且扩散的距离一般都会远大于一个分子间距,或者一个原子间距,但是马氏体相变不一样,在马氏体相变中,原子不会被释放出去,也就是说,他不会扩散到周围的空间中,原子只是在一定的范围内发生的位移,而这个位移小于一个原子间距
凡是满足这一特征的相变都称为马氏体相变,其转变产物称为马氏体。
有一个大家很熟悉的获得马氏体的过程,就是断刀淬火的过程,而反复的加热,然后放入水中,冷却就是为了使得到的马氏体更加的纯
马氏体相变具有热效应和体积效应,相变过程实际上是形成核心和核心长大的过程。
但是核心是如何形成的,又如何长大,仅据我所知,目前还没有很完好的模型来描述这一过程。
马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移,这种位移是切变(切变:两个距离很近、大小相等、方向相反的平行力作用于同一物体上所引起的形变)式的。
原子位移的结果是产生点阵形变
(点阵:晶体的基本特征是其内部结构的周期性,那么很自然就应当把原子排列与空间的网点阵列联系起来。后者称为空间点阵,或简称为点阵。)
马氏体转变时的习性平面变形,在抛光的表面上产生浮凸或倾动,并使周围基体发生畸变。
(若预先在抛光的表面上划有直线刻痕,发生马氏体相变之后,由于倾动使直线刻痕发生位移,会形成多个弯折的折线)
接下来就是马氏体相变的逆转
合金中的马氏体可逆转变,按特点不同,可分为热弹性马氏体的可逆转变
和非热弹性马氏体的可逆转变两类。
其中,与记忆金属有关的就是热弹性马氏体的可逆转变,所以我们在这里仅讨论热弹性马氏体的可逆转变。
首先,马氏体转变的温度一般都要低于室温,通常为零下几十摄氏度,
那么,如果我们想要让马氏体在转变终止温度以上的温度产生马氏体,那么,就需要诱发产生
在马氏体转变终止温度以上的温度诱发产生的马氏体只有在持续的应力作用下才能稳定地存在
而这个应力的持续存在,需要温度保持在一定的范围内,而应力一旦解除,就会立即发生逆相变,回到母相状态,
在应力作用下产生的宏观变形也随逆相变而完全消失。这就是记忆金属具有“记忆”的原因