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单晶记形合金:把镍的性质推向极致
2021/09/08 点击 357 次

中国粉体网讯  形状记忆合金(英文shape memory alloys,缩写为SMAs),如镍钛合金Nitinol™,是用于促动器等应用领域的常见材料。加利福尼亚州圣拉斐尔市的钛镍航空航天公司 (TiNi Aerospace) 最近开发了一种新类型的含镍记形合金:单晶记形合金(SCSMA),采用铜、铝和镍制成。与传统记形合金相比,它们呈现出优越得多的性能,接近了理论极限。


含镍记形合金:单晶记形合金(SCSMA),它采用铜、铝和镍制成。


单晶记形合金是利用一种类似于半导体工业用来加工硅晶柱(单晶坯料)的方法,从熔融态“生长”成为单晶的。单晶记形合金材料通常被加工为棒材,但可有各种截面,包括实心、中空、扁平或椭圆形(见图)。随后还可以通过常见的加工方式如打磨、切削或电火花加工,将材料加工成其他形状。


“单晶记形合金呈现出明显优越于市售的以钛和镍制成的记形合金的性能,”TiNi Aerospace 的材料科学总监瓦勒瑞﹒马蒂诺夫 (Valery Martynov) 博士说。与记形合金一样,把它们加热到转变温度,或者解除外加的载荷,它们就能恢复到预定的形状。


但是单晶记形合金拥有多种超越普通记形合金的关键优势。按照马蒂诺夫的说法,这些关键优势包括更大的应变复原能力(常规的只能做到3%应变复原,而单晶记形合金可达到9%应变复原)、真正做到恒力变形,更宽的转变温度范围(零下 270℃ 至 +250℃),加载和卸载的应力差更小,以及 100% 可重复的完全形状复原。


马蒂诺夫是 TiNi Aerospace 公司里设计和开发单晶记形合金晶体培育装置的主力推动者。用这种装置生产的单晶记形合金棒用在公司产品 Mini-Frangibolt® 促动器上。这种促动器可完全复位,即便不能达到数百万次,也可以实现数百次循环操作。

单晶记形合金拥有众多应用潜力。在热促动器中,当材料处于低温状态(马氏体)时,它的变形可达9%,通过将温度升高到奥氏体过渡点,便可完全复原。这一过程产生了能够传递高达 600 兆帕复原力或应力的强大促动器。


该材料还可以用作超级弹簧。它在高温状态(奥氏体)下的应力应变曲线是非常出色的。与弹性极限小于 0.5% 的传统弹簧材料如不锈钢或者铍铜相比,单晶记形合金的弹性增加了 20 倍,并且能够从超过 9% 的变形下完全复原。


(中国粉体网编辑整理/长安)

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(来源:粉末冶金及硬质合金展)


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