實驗四十一 形狀記憶合金模型的動作實驗.ppt

1、,形狀記憶合金模型的動作實驗,一實驗目的 二形狀記憶合金模型 三模型原理及實驗方法 四思考題,一實驗目的,（1）通過模型動作實驗，使學生進一步加深對形狀記憶合金基本性質(zhì)和基本概念的理解。 （2）通過模型動作實驗，讓學生知道形狀記憶合金的動作（相變）、動作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類型等是相互關(guān)聯(lián)的，為使用下列儀器如熱分析儀、能譜儀、掃描電鏡、透射電鏡、高性能金相顯微鏡及定量分析系統(tǒng)、顯微硬度計、X射線衍射儀等大型精密儀器進行綜合分析作好思想準備。 （3）通過模型動作實驗，然后以形狀記憶合金為材料，使彼此孤立的實驗最終相互聯(lián)系起來，以體現(xiàn)知識的系統(tǒng)性、連貫性

2、和綜合性，將所學知識點全部綜合起來有所升華，以達到本綜合實驗教學之目的。同時，又能使學生對分析測試的全過程有所了解。,二形狀記憶合金模型,形狀記憶合金模型主要有以下一些： 渦輪型熱機，見圖1； 單邊偏心曲柄型熱機，見圖2； 雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機，見圖3； 劃水型熱機，見圖4； 全程TiNi記憶合金花，見圖5； 雙程CuZnAl記憶合金花，見圖6； 高溫伸長的雙程CuZnAl記憶合金彈簧，見圖7； 高溫縮短的雙程CuZnAl記憶合金彈簧，見圖8； 單程TiNi記憶合金簧，見圖9；,二形狀記憶合金模型,食道支架及放送器，見圖10； 氣管支架及放送器，見圖11； 膽道支架及放送器，見圖12； 血管

3、支架及放送器，見圖13； 前列腺尿道支架，見圖14； 牙齒矯形彈簧LH12型拉簧； 牙齒矯形彈簧LH12型推簧，見圖15； 記憶型NiTi牙弓絲，見圖16； 搖椅型NiTi牙弓絲，見圖17。,二形狀記憶合金模型,圖1 渦輪型熱機 圖2 單邊偏心曲柄型熱機 圖3 雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機,二形狀記憶合金模型,圖4 劃水型熱機 圖5 全程記憶合金花,二形狀記憶合金模型,圖6雙程記憶合金花 圖7高溫伸長的雙程記憶合金簧 圖8高溫縮短的雙程記憶簧,二形狀記憶合金模型,圖9 單程TiNi記憶合金簧,圖10食道支架及放送器,圖11氣管支架及放送器,二形狀記憶合金模型,圖12膽道支架及放送器,圖13 血管支架

4、及放送器,圖14前列腺尿道支架,二形狀記憶合金模型,圖15 LH12型推簧,圖16 記憶型NiTi牙弓絲 圖17 搖椅型NiTi牙弓絲,三模型原理及實驗方法,（1）渦輪型熱機 用TiNiCu記憶合金絲作為傳送帶，利用形狀記憶合金記憶恢復特性，借助溫度差異，通過記憶合金的相變行為，在從動輪上產(chǎn)生力矩差，借助摩擦力驅(qū)使雙輪轉(zhuǎn)動，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。以熱水為熱源，熱水溫度為65-85，操作時，需將黃銅輪底部的記憶合金絲浸入熱水中，并賦予從動輪以慣性使之啟動，則雙輪即可連續(xù)轉(zhuǎn)動。 （2）單邊偏心曲柄型熱機 用TiNiCu記憶合金絲做成彈簧，利用形狀記憶合金記憶回復特性，借助記憶合金彈簧在不同溫區(qū)

5、（室溫溫度、熱水溫度）之間產(chǎn)生的力矩差驅(qū)使輪盤轉(zhuǎn)動的裝置。以熱水為熱源，熱水溫度為65-85，操作時，將熱機置于熱水容器中，使熱水浸至軸心，則大、小雙輪即可連續(xù)轉(zhuǎn)動。,三模型原理及實驗方法,（3）雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機 基本原理同偏心曲柄熱機。采用皮帶將大輪盤與發(fā)電機轉(zhuǎn)子皮帶輪相連，帶動發(fā)電機發(fā)電。 （4）劃水型熱機 用TiNi記憶合金做成薄片片，利用記憶合金的雙程記憶恢復特性，借助記憶合金片在熱水中通過記憶恢復產(chǎn)生的劃水動作，而在室溫條件下又自動恢復，如此周而復始的驅(qū)動輪盤轉(zhuǎn)動。以熱水為熱源，熱水溫度為65-75，操作時，僅將記憶合金片浸于熱水中，熱機即可連續(xù)轉(zhuǎn)動。其動作變化情況見圖18。,

6、三模型原理及實驗方法,（a）沒放入熱水前 (b) 放入熱水后 (c)涼至室溫后 圖18劃水型熱機的動作變化情況,三模型原理及實驗方法,（5）全程TiNi記憶合金花 用TiNi記憶合金軋制成的薄片做成花瓣，利用TiNi記憶合金全程記憶恢復特性制成的記憶合金花，花蕾直徑80mm，展開直徑200mm，動作幅度為 -1800 -1800 。以熱水或熱風為熱源，開放溫度為65-85，閉合溫度為室溫。其動作變化情況見圖19。 （6）雙程CuZnAl記憶合金花 用CuZnAl形狀記憶合金軋制成的薄片做成花瓣，利用CuZnAl形狀記憶合金雙程記憶恢復特性制成的記憶合金花，花蕾直徑80mm，展開直徑200mm，

7、動作幅度為1800 。以熱水或熱風為熱源，開放溫度為65-85，閉合溫度為室溫。其動作變化情況見圖20。,三模型原理及實驗方法,(a) 放入熱水前 (b) 放入熱水后 (c) 得到一定回復后的形狀,(d) 進一步回復后的形狀 (e) 冷至室溫后 圖19全程TiNi記憶合金花的動作變化情況,三模型原理及實驗方法,（a）沒放入熱水前 (b) 放入熱水后 (c)涼至室溫后 圖20雙程CuZnAl記憶合金花的動作變化情況,三模型原理及實驗方法,（7）高溫伸長的雙程CuZnAl記憶合金彈簧。 該彈簧是用CuZnAl記憶合金絲繞制成的，利用了形狀記憶合金的雙程記憶效應，是一種隨溫度的變化可自行伸縮的感溫驅(qū)

8、動元件。這種簧充分展示了工業(yè)用形狀記憶合金元件的典型結(jié)構(gòu)形式。以熱水或熱風為熱源，伸縮溫度為80-95，自由狀態(tài)即低溫（室溫）時為45mm，伸長狀態(tài)即高溫（80-95）時為200mm。其動作變化情況見圖21。,三模型原理及實驗方法,（a）沒放入熱水前 (b) 放入熱水后 (c)涼至室溫后 圖21高溫伸長的雙程CuZnAl記憶合金彈簧的動作變化情況,三模型原理及實驗方法,（8）高溫縮短的雙程CuZnAl記憶合金彈簧 該彈簧也是用CuZnAl記憶合金絲繞制成的，同樣利用了形狀記憶合金的雙程記憶效應，亦是一種隨溫度的變化可自行伸縮的感溫驅(qū)動元件。這種簧亦充分展示了工業(yè)用形狀記憶合金元件的典型結(jié)構(gòu)形式

9、。 以熱水或熱風為熱源，伸縮溫度為65-85，自由狀態(tài)即低溫（室溫）時為200mm，縮短狀態(tài)即高溫（65-85）時為100mm。其動作變化情況見圖22。,（a）沒放入熱水前 (b) 放入熱水后 (c)涼至室溫后,圖22高溫縮短的雙程CuZnAl記憶合金彈簧的動作變化情況,三模型原理及實驗方法,（9）單程TiNi記憶合金簧 該彈簧是用TiNi記憶合金絲繞制成的，利用了形狀記憶合金的單程記憶效應，在拉長后，隨著溫度的升高可自行回復原長的感溫驅(qū)動元件。這種彈簧亦是工業(yè)用形狀記憶合金元件的典型結(jié)構(gòu)形式。 拉長后，以熱水或熱風為熱源，回復原長的溫度為65-85，原長為80mm。其動作變化情況見圖23。

10、形狀記憶合金的馬氏體相（即低溫時的相組織，此處所說的低溫指室溫）為軟相，母相（即高溫時的相組織，此處所說的高溫即指65-85）為硬相。兩相的硬度差別在該實驗中用手就可明顯地感覺到，請同學細心體驗。,三模型原理及實驗方法,（a）未拉長,(b) 被拉長后,(c)放入熱水后恢復原長,圖23 單程TiNi記憶合金簧的動作變化情況,四思考題,各種形狀記憶合金模型的原理和實驗方法是什么。 在這些形狀記憶合金模型中，那些利用了形狀記憶合金的單程記憶效應。 在這些形狀記憶合金模型中，那些利用了形狀記憶合金的雙程記憶效應。 在這些形狀記憶合金模型中，那些利用了形狀記憶合金的全程記憶效應。 在這些形狀記憶合金模型

11、中，那些利用了形狀記憶合金的相變偽彈性。 通過實驗的親自體驗，形狀記憶合金的馬氏體相和母相在硬度上有無差別，差別是什么，與普通鋼鐵材料有什么區(qū)別。,四思考題,試舉一例，形狀記憶合金做成什么元件，可以用于自動控制。 TiNi記憶合金又是一種很好的生物材料，試舉一例，TiNi形狀記憶合金做成什么元件，可以用于臨床醫(yī)學。 形狀記憶合金的動作（相變）、動作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類型等有無關(guān)聯(lián)。 要想知道形狀記憶合金的動作（相變）、動作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類型等之間的關(guān)聯(lián)，是否還需使用熱分析儀、能譜儀、掃描電鏡、透射電鏡、高性能金相顯微鏡及定量分析系統(tǒng)、顯微硬度計、X射線衍射儀等大型精密儀器繼續(xù)進行實驗。,四思考題,測量形狀記憶合金的動作（相變）、動作溫度，可以使用那些熱分析儀器。 定量測量形狀記憶合金在動作（相變）過程中吸收或放出的熱量，可以使用什么熱分析儀器。 形狀記憶合金動作（相變）、動作溫度的高低主要取決化學成分的含量。要測量化學成分的含量，可以使用那些儀器。 要觀察形狀記憶合金的金相