TiNi形状记忆合金及其在医学中的应用

介绍了形状记忆合金几种重要特性及主要类型,重点综述了医用TiNi形状记忆合金的发展现状及应用。资料表明,现有记忆合金中仅有TiNi合金能够同时满足化学和生物学可靠性要求,是目前医学上使用的唯一一种记忆合金。因其具有奇特的形状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性,它在临床和医疗器械等方面获得了广泛的应用。但由于缺乏系统的研究,对于可靠而有效的表面处理还缺乏统一的认识,因此,这方面的工作还亟待补充和完善。     

TiNi形状记忆合金断裂机理的原位拉伸研究

用SEM原位拉伸实验对TiNi形状记忆合金试样的断裂过程进行了研究和分析．结果表明,TiNi形状记忆合金的断裂与钢的脆性解理断裂不同．TiNi形状记忆合金的断裂受解理机制和孔洞在第二相颗粒处的形核、长大、连接机制控制．这两种材料失效机制共同作用,其中哪一种占统治地位取决于诸多因素．应力诱发马氏体相变对TiNi形状记忆合金的断裂具有重要的影响．     

循环加载下TiNi形状记忆合金超弹性变形行为

超弹性是形状记忆合金（shape memory alloy,SMA)重要的力学性能之一，通过试验研究了具有不同加载速率和不同试验温度的循环加载条件下TiNi形状记忆合金超弹性变形行为。分析了循环变形期间相变应力和弹性模量变化的特性。得到了加载期间残余应力和残余应变的关系。在具体循环变形的机械训练之后，研究了不承载情况下加热和冷却所产生的两方向变形。     

铁基形状记忆合金力学性能和激活回复性能研究

对研发的铁基形状记忆合金（Fe-based shape memory alloys,Fe-SMA）热轧板和冷轧板的力学性能和激活回复性能进行试验研究,得到了材料的力学性能基本参数和不同激活条件下的回复应力水平。研究发现,Fe-SMA材料具有很高的强度和优异的延展性。Fe-SMA热轧板的弹性模量均值为182GPa,抗拉强度1 136MPa,总延伸率45.0%。Fe-SMA冷轧板的弹性模量与热轧板相差不大,但冷轧板抗拉强度和总延伸率有所降低。在不同预拉伸应变与激活温度组合下,Fe-SMA的回复应力水平为165MPa～366MPa,可以满足目前工程应用中针对钢板裂纹修复和梁式结构承载能力提升的加固需求。与热轧板相比,Fe-SMA冷轧板在冷轧处理过程中形状记忆性能变差,反复升温激活过程中累积效应降低,因而热轧Fe-SMA更适用于需要多次激活补偿预应力损失的结构加固应用。Fe-SMA的基本材性指标和激活回复应力水平可以达到国际水准,但造价更低,适合于土木工程领域的加固应用。     

基于形状记忆合金超弹性的减振研究

章介绍了形状记忆合金(SMA)的一种本构关系和一种简单实用的回复力模型及其回复力公式，并对SMA复合梁的减振机理进行了分析和推导。试验结果表明，SMA具有较好的减振效果，是一种优质的减振材料。     

热力学训练对TiNi形状记忆合金相变特征的影响

作者通过约束热处理及热力学训练方法，得到了具有加热时伸长—冷却时收缩双向记忆效应(TWSME)的TiNi形状记忆合金弹簧．在训练过程中，作者用示差扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)研究了不同热力学训练的试样．结果表明，随着训练循环次数的增加，TiNi合金逆马氏体相变点升高，马氏体相变点下降，相变滞后增大，并在一定的热力学训练次数之后不再随训练次数的变化而变化．训练次数对逆马氏体相变点的影响和对双向记忆恢复率的影响趋势一致，作者认为那是由于在训练过程中引入的位错所致．     

负刚度非线性系统的回复力曲面参数辨识方法

针对负刚度非线性振子回复力的辨识困难问题,提出了一种基于回复力曲面的时域非参数辨识方法。对比分析了位移微分和加速度积分的数值处理方法,给出了利用实验数据绘制4种典型负刚度振子三维回复力曲面图及提取刚度力和阻尼力的方法。研究结果表明:对4种负刚度振子的数值模拟,多项式刚度力和阻尼力系数的辨识精度都可达95%以上。通过搭建实验平台对不同加速度水平下的多稳态振子进行了扫频实验,并基于设计方法建立了多稳态振子的回复力表面,表面识别结果与实测回复力面吻合较好,验证了回复力曲面法辨识负刚度非线性振子的有效性。该研究为能量俘获及振动控制领域的非线性研究提供了一种可行的方法。     

TiNi形状记忆合金在医学上的应用

简介形状记忆效应，说明ＴｉＮｉ合金的性能，综述ＴｉＮｉ形状记忆合金在骨科及其他医学方面的实际应用．     

镍钛形状记忆合金管接头有限元分析

采用三维形状记忆合金相变本构模型预测了镍钛合金的形状记忆行为,进而建立了镍钛形状记忆合金连接钛合金管的轴对称有限元模型,考虑大变形和接触非线性,模拟了镍钛形状记忆管接头的装配过程。结果表明回复力由卸载过程中的自由应变回复以及形状记忆合金升温回复时的应变回复两部分组成。最后,给出了形状记忆合金管接头内径和摩擦系数的优化方法。     

生理盐水中TiNi基形状记忆合金耐蚀机理研究

采用电化学测试技术对 Ti Ni基形状记忆合金在生理盐水中的腐蚀机理进行了研究 .结果表明 ,Ti Ni合金与 Ti Ni Cu合金相比 ,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 ,Ti Ni基形状记忆合金蚀孔内存在富 Ti贫 Ni的 Ti2 Ni析出相 ,是萌生孔蚀的敏感位置 .在生理盐水中 Ti Ni Cu合金的耐蚀性比 Ti Ni合金劣 ,是由于 Ti Ni Cu合金存在不同晶体结构区域 ,造成电化学性质不均匀 ,加之晶界疏松状态的 Cu的表面富集 ,促进阳极溶解过程所致     

TiNi形状记忆合金弹性耦合系统的驱动特性

采用将预应变TiNi合金与不同刚度系数k的偏置弹簧相串联的方法,对TiNi合金弹性耦合系统的驱动特性进行了研究。结果表明,随k值的增加,TiNi样品达到逆相变结束时的输出应变、应力温度范围逐渐变大,最大回复力逐渐增大,但驱动行程减小;样品的应力与应变之间呈线性关系,二者的比值取决于k;预应变量较大的样品,其回复应力随温度的变化率较大。通过配置偏置弹簧的刚度系数,可以控制样品输出的最大应力和最小应变,有效防止耦合系统过载。     

Low-cost (ZrCu)50-xTax high temperature shape memory alloys showing excellent shape memory effect

ZrCu-based alloys, as one of the most potential high-temperature shape memory alloys, show quite high martensitic transformation temperature, relatively low price for the raw materials, and good casting fluidity. In this work, the martensitic transformation (MT) and shape memory effect of (ZrCu)_50-xTa_x high-temperature shape memory alloys were systematically investigated. Both X ray diffraction and SEM backscattered electron image demonstrated the coexistence of the main phase monoclinic martensite phase and the second phase Ta₂Cu. SEM results also revealed that increasing Ta content resulted in a larger volume fraction of Ta₂Cu phase. Differential scanning calorimetry results showed that the MT temperatures remarkably increased with Ta addition. The ductility of the (ZrCu)_50-xTa_x alloys was reduced to some degree with increasing Ta content. The shape memory effect was improved significantly, in which (ZrCu)₉₈Ta₂ alloy showed the 6.19% maximum recovery strain during 8% pre-strain under compression at 25 ?°C.     

NiTi形状记忆合金动力阻尼特性的研究

应用相位法测量阻尼，系统研究了ＮｉＴｉ形状记忆合母相状态下动力阻尼特性，研究结果表明：ＮｉＴｉ形状记忆合金银邓使在母相状态下，其阻尼Ｑ＾－１也可达到１０＾－１量级，阻尼Ｑ＾－１随振动频率的增大而显著减小；当频率高于某一临界值时，其阻尼较小且趋于稳定，在一范围内，阻尼Ｑ＾－１随振幅的增大而增大，随预应力的增大而增大。     

NiTi形状记忆合金的振动主动控制研究

以高分子材料梁为基体，在梁的两侧面嵌入Ｍ相状态的ＮｉＴｉ合金丝作为驱动组元，一侧面嵌入母相状态的ＮｉＴｉ合金丝作为振动感知组元；建立起振动主动控制系统，实现了系统振动主动控制的计算机仿真，试验结果表明；ＮｉＴｉ形状记忆合金可灵敏地感知系统振动，在低频范围内，可有效抑制振动；试验结果验证了计算机仿真结果的正确性，提出通过增加组内ＮｉＴｉ丝的可控数量，可有效地提高ＮｉＴｉ合金控振频率上限，探讨了ＮｉＴ     

CuZnAl形状记忆合金超弹性的研究

研究了不同热处理工艺、晶粒束缚以及工作温度、应力循环、热循环和应力热循 环对 ＣｕＺｎＡｌ合金超弹性的影响。试验结果表明：合金常规淬火获得最佳超弹性的 淬火加热温度为８９０℃，对于所研究的线材试样而言，保温时间与线材直径有关；合 金采用双相区淬火，可获得较好的超弹性，其最佳淬火加热温度为７００℃，保温时间 为１０ｍｉｎ；晶粒束缚影响合金的超弹性，ｇｓ／Ｄ越大，晶粒束缚越小，超弹性越好； 合金的超弹性与工作温度有关，超弹性最佳值是在Ａｆ点以上一段温度范围内．其下限 温度为Ａｆ点以上１７～２２℃。合金在应力循环后出现了循环软化现象而不是循环硬 化现象，应力循环后，相变的熵及焓变降低；热循环和应力热循环均使合金的相变点 提高。     

Surface nanostructures orienting self-protection of an orthodontic nickel-titanium shape memory alloys wire

Shape memory alloys (SMA) have been applied to a wide variety of applications in a number of different fields such as aeronautical applications, sensors/actuators, medical sciences as well as orthodontics. It is a hot topic to enhance the anti-corrosion ability of orthodontic wires for clinical applications. In this letter, a very nice fractal structure, micro-domains with identical nanometer sized grooves, was ob- tained on the surfaces of the orthodontic wires with an oxygen plasma and acid corrosion. The concave parts of the grooves were dominated by titanium and convex parts were the same as the bulk wires. The micro-nano fractal structure generated a hydrophobic surface with the largest contact angle to water being about 157°. The titanium dominated nanolayer and the hydrophobicity of the surface resulted in jointly the great improvement of the anti-corrosion ability of the orthodontic wires. Because the fractal structures of the wires were formed automatically when they immersed in acidic environment, hence, the self-protection of the oxygen plasma-treated orthodontic wires in acidic environment indicates their potential applications in orthodontics, and should be also inspirable for other applications of SMA materials.     

热处理对CuAlNiMnTi形状记忆合金相变滞后的影响

用电阻法、金相分析、电镜分析及Ｘ射线衍射等研究了热处理对ＣｕＡｌ－ＮｉＭｎＴｉ形状记忆合金相变滞后（Ａｆ—Ｍｓ）的影响．研究结果表明：淬火合金时效处理时，相变点急剧下降，时效初期相变滞后明显增大，后趋于稳定．淬火合金６００℃中温处理时，相变点下降，相变量减小．而热弹性马氏体相变类型则从Ｉ型转变到Ⅱ型，然后再转变到Ｉ型；伴随着热弹性马氏体相变类型的变化，相变滞后开始降低，然后增加．这是因为时效处理时析出ＮｉＡｌ基相，中温处理时析出ａ相所致．     

Martensite transformation, mechanical properties and shape memory effects of Ni-Mn-In-Mg shape memory alloys

The martensite transformation(MT), mechanical properties and shape memory effect(SME) of(Ni_(50)Mn_(35)In_(15))_((1-x))Mg_x(x = 0%, 0.08%, 0.3%, 0.6% at%) alloys were comprehensively investigated. The results showed that due to Mg doping the MT temperature shifted to higher temperatures and a worm-like secondphase precipitated at grain boundaries and inside the grains. With increasing Mg content, the amount of precipitates gradually increased, the thermal hysteresis was almost invariant, and the SME was not obviously affected at 3% pre-strain, even when the volume of the second phase reached up to 28.75%. Compressive stress and strain experiments showed that both the strain and strength of the Ni-Mn-In-Mg alloys were improved substantially(by 46.9% and 53.4%, respectively, at x = 0.6%) compared with those of the pure Ni_(50)Mn_(35)In_(15) alloy; this effect is nearly the same as that achieved by the directional solidification method. Because Mg is nonmagnetic, the magnetization difference of the alloy with Mg doping is much lower than that of the alloy without Mg doping. Overall, the results confirm that adding a small amount of Mg is a potentially viable method for improving the mechanical properties of Ni-Mn-In alloys without adversely damaging their functional properties.