記憶金屬又叫形狀記憶合金。近年來(lái)，研究開(kāi)發(fā)的記憶功能材料主要有形狀記憶、溫度記憶以及色彩記憶等多種，而以記憶金屬材料發(fā)展最為迅速。由于記憶金屬材料具有優(yōu)越的性能及廣闊的應(yīng)用前景，因此它已成為21世紀(jì)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新材料之一。

記憶金屬是人們最早發(fā)現(xiàn)的記憶功能材料。

20世紀(jì)50年代初期，美國(guó)伊利諾斯大學(xué)專家在試驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)金-鎘合金具有記憶形狀的功能，繼而又發(fā)現(xiàn)銦-鉈合金也有類似的記憶效應(yīng)，但因其造價(jià)昂貴而未引起重視。

1963年，美國(guó)海軍武器研究所在研究鎳-鈦合金性能時(shí)又偶然發(fā)現(xiàn)該合金具有明顯的形狀記憶效應(yīng)，同時(shí)還具有許多其他金屬所不具備的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)良的超彈性、耐腐蝕性和防振性等，從而引起了人們的重視，并開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行研究。

近年來(lái)，記憶金屬隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而嶄露頭角，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出幾十種具有形狀記憶功能的合金。目前已投入實(shí)用的記憶金屬主要有鎳一鈦系、銅系和鐵系或(不銹鋼系)三大類。

1、鎳-鈦記憶金屬

鎳-鈦系記憶合金是記憶金屬材料中性能最優(yōu)越而且用途最廣的一種。鎳-鈦系記憶合金的延展性、形狀記憶強(qiáng)度、應(yīng)變、耐蝕性、電阻及穩(wěn)定性均較好，但其成本較高。這類合金的形狀記憶行為有單向和雙向兩種，其呈現(xiàn)記憶行為的溫度范圍可借助合金的改良而加大或縮小。

近年來(lái)，許多國(guó)家正致力于開(kāi)發(fā)一系列改良型鎳-鈦記憶合金，通過(guò)添加其他元素進(jìn)一步改善其性能，并降低其成本。如添加銅或釩、鋁、鉻、鋯和微量鈣可大大改善其韌性、加工性和切削性;又如，在鎳-鈦-銅系記憶合金中添加稀土元素和硼、硅、磷、硫等元素，可獲得恢復(fù)特性顯著提高的記憶金屬。

日本住友電氣工業(yè)公司在鎳-鈦合金中添加銅(或鋁、鋯、釩、鈷、鐵)元素后，經(jīng)表面處理后拉絲，即可制得色彩漂亮的記憶金屬絲，以滿足對(duì)其裝飾性的要求。日本坎托克公司研制的一種鎳-鈦記憶合金絲直徑只有頭發(fā)絲的一半，具有良好的復(fù)合性和可編織性;同時(shí)，這種合金富有彈性，對(duì)熱又十分敏感，因此在汽車閥門、熱水器、水量調(diào)節(jié)閥、小型電熱調(diào)節(jié)器以及胸罩等方面得到廣泛應(yīng)用。

2、銅系記憶金屬

銅系記憶金屬比鎳-鈦記憶合金更便宜且容易加工成型，因此頗具發(fā)展?jié)摿?。但銅系記憶金屬的強(qiáng)度不如鎳-鈦記憶合金，反復(fù)受熱的形狀記憶能力也衰減較快。為了提高銅系記憶合金的機(jī)械性能，可添加微量的鈦、錳、鋯。銅系記憶金屬中性能最好、應(yīng)用最廣的是銅-鋅-鋁記憶合金。銅-鋅-鋁記憶合金的導(dǎo)熱率高且對(duì)溫度變化敏感，可用于制作熱敏元件。

美國(guó)和日本等國(guó)將銅-鋅-鋁合金應(yīng)用在溫室和育苗室等天窗自控開(kāi)閉器上，以自動(dòng)調(diào)節(jié)室溫。但銅-鋅-鋁記憶合金的電阻率比鎳-鈦記憶合金小，因此不宜用于通電升溫場(chǎng)合。通過(guò)在銅-鋅-鋁記憶合金中添加鐵或硅等元素，可提高其耐腐蝕性能。日本東京一家公司開(kāi)發(fā)成功一種具有色彩記憶效應(yīng)的銅-鎳-鋁記憶合金，該合金在溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生紅色、金黃色轉(zhuǎn)變，因此可廣泛應(yīng)用于制作工藝美術(shù)品、裝飾品、玩具及家電用品等。

3、鐵系記憶金屬

鐵系記憶金屬成本低廉，原料豐富，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。已經(jīng)開(kāi)發(fā)的鐵系記憶金屬有鐵-錳合金、鐵-鉑合金以及不銹鋼系記憶金屬等。通過(guò)在鐵-錳合金中添加硅，可獲得具有良好形狀記憶效應(yīng)的鐵-錳-硅記憶合金。

鐵-錳-硅記憶合金的強(qiáng)度高，但耐腐蝕性較差。而在這種記憶合金中添加鉻，則可大大提高耐腐蝕性。鐵系記憶金屬目前已在制作管接頭、鉚釘之類連接件以及夾具等方面獲得廣泛應(yīng)用，不僅便于人們安裝和操作，而且安全可靠，是很有發(fā)展前途的功能材料。

日本新開(kāi)發(fā)的不銹鋼系記憶金屬，不僅形狀恢復(fù)特性和耐蝕性優(yōu)異，而且具有很好的切削加工性和耐高溫氧化性。它的化學(xué)成分除了含有鉻、錳、硅和鐵主要成分外，還含有一定量的鎳或鉆、銅、氮等元素。這種不銹鋼系記憶金屬可以采用傳統(tǒng)的煉鋼爐熔煉，并且可以利用普通方法制成成品，應(yīng)用范圍很廣。

1、自蔓延高溫合成法

自蔓延高溫合成法也稱燃燒合成法，其實(shí)質(zhì)是燃燒合成。具體流程是將按一定比例配置好的合金元素粉末均勻混合，并施加壓力形成一定的形狀后，在一定溫度下置于保護(hù)氣體中局部點(diǎn)燃，使反應(yīng)自蔓延傳播，待燃燒完畢后便可生成化合物。

按照燃燒方式的不同，自蔓延可分為熱爆模式和層燃模式。自蔓延燃燒合成法可制備非平衡態(tài)、非化學(xué)計(jì)量比和功能梯度材料，具有合成速度快、節(jié)能及產(chǎn)物純度高、多孔、離散性大等優(yōu)點(diǎn)。

2、常規(guī)粉末燒結(jié)法

以鎳鈦合金為例，常規(guī)粉末燒結(jié)法是將鎳、鈦金屬粉末混合均勻后，在某一較高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)，形成合金。反應(yīng)過(guò)程中，鈦原子的遷移擴(kuò)散速率較鎳原子的遷移擴(kuò)散速率大，故鈦原子更易于擴(kuò)散至鎳顆粒間并與其化合，鈦原子處則由于沒(méi)有擴(kuò)散來(lái)的原子補(bǔ)償，會(huì)形成微孔，這一現(xiàn)象被稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。由于柯肯達(dá)爾效應(yīng)的作用，長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)的鎳、鈦金屬粉末最終獲得多孔的鎳鈦合金。

常規(guī)粉末燒結(jié)法的工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易行、反應(yīng)可控、技術(shù)要求低。但同時(shí)反應(yīng)方式的局限性也導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程費(fèi)時(shí)、材料孔隙率低、孔隙尺寸不大及合金組織均一性不高等缺點(diǎn)。

3、熱等靜壓法

熱等靜壓法也是利用金屬粉末燒結(jié)成型的原理，是目前制備記憶金屬的教有效和較理想的手段。熱等靜壓法是將特定氣體作為壓力媒介，在加熱燒結(jié)過(guò)程中對(duì)粉體或坯料施加氣體壓力來(lái)制備合金的方法。

由于氣體本身的性質(zhì)，無(wú)論被成型材料幾何形狀如何，氣體產(chǎn)生的高壓力均能保持其各個(gè)方向上受壓力相同或相近。同時(shí)，高壓氣體也能像液體一樣滲入粉體或坯料中的空洞，這樣，在高溫高壓的共同作用下，合金內(nèi)部的缺陷和孔洞易被消除，晶體組織結(jié)構(gòu)改善，并伴隨著材料致密度和強(qiáng)度大幅提高，綜合性能優(yōu)異。但熱等靜壓法繼承了燒結(jié)法燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，設(shè)備投入也較大。

1、記憶金屬在機(jī)械電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

1970年美國(guó)用記憶金屬制作F-14戰(zhàn)斗上的低溫配合連接器，隨后有數(shù)以百萬(wàn)以上的連件的應(yīng)用。記憶金屬作為低溫配合連接在飛機(jī)的液壓系統(tǒng)中及體積較小的石油、石化、電工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用。另一種連接件的形狀是焊接的網(wǎng)狀金屬絲，用于制造導(dǎo)體的金屬絲編織層的安全接頭。這種接件已經(jīng)用于密封裝置、電氣連接裝置、電子工程機(jī)械裝置，并能在-65～300℃可靠地工作。

將記憶金屬制作成一個(gè)可打開(kāi)和關(guān)閉快門的彈簧，用于保護(hù)霧燈免于飛行碎片的擊壞。用于制造精密儀器或精密車床，一旦由于震動(dòng)、碰撞等原因變形，只需加熱即可排除故障。

2、記憶金屬在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用

記憶金屬已應(yīng)用到航空和太空裝置。如用在軍用飛機(jī)的液壓系統(tǒng)中的低溫配合連接件，歐洲和美國(guó)正在研制用于直升飛機(jī)的智能水平旋翼中的記憶金屬材料。

還可用于制造探索宇宙奧秘的月球天線，人們利用記憶金屬在高溫環(huán)境下制做好天線，再在低溫下把它壓縮成一個(gè)小鐵球，使它的體積縮小到原來(lái)的千分之一，這樣很容易運(yùn)上月球，太陽(yáng)的強(qiáng)烈的輻射使它恢復(fù)原來(lái)的形狀，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。

3、記憶金屬在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用

用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的鎳鈦記憶金屬，除了利用其形狀記憶效應(yīng)或超彈性外，還應(yīng)滿足化學(xué)和生物學(xué)等方面的要求，即良好的生物相容性。鎳鈦可與生物體形成穩(wěn)定的鈍化膜。在醫(yī)學(xué)上鎳鈦合金主要應(yīng)用有：

(1)牙齒矯形絲

用超彈性鎳鈦合金絲和不銹鋼絲制作牙齒矯正絲，二者相比，超彈性鎳鈦合金絲更加適宜。用鎳鈦合金作牙齒矯形絲，即使應(yīng)變高達(dá)10%也不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，而且應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變使彈性模量呈現(xiàn)非線型特性，即應(yīng)變?cè)龃髸r(shí)矯正力波動(dòng)很少。這種材料不僅操作簡(jiǎn)單，療效好，也可減輕患者不適感。

(2)脊柱側(cè)彎矯形

外科中用鎳鈦記憶金屬制做各種骨連接器、血管夾、凝血濾器以及血管擴(kuò)張?jiān)?。同時(shí)，它正被廣泛應(yīng)用于口腔科、骨科、心血管科、胸外科、肝膽科、泌尿科、婦科等。

由記憶合金鎳鈦諾制成的勺子，當(dāng)勺子被放到熱水中時(shí)，勺柄就會(huì)自動(dòng)彎折成90度角。這樣一來(lái)，喝湯、喝咖啡也就更方便了。用完之后只需讓勺子自然冷卻即可恢復(fù)原樣。

4、記憶金屬在日常生活中的應(yīng)用

在家庭生活中，已開(kāi)發(fā)的形狀記憶閥可用來(lái)防止洗滌槽中、浴盆和浴室的熱水意外燙傷。由于鎳鈦合金所具有的柔韌性，使它們廣泛用于改變眼鏡時(shí)尚界。

用超彈性鎳鈦合金絲做眼鏡框架，即使鏡片熱膨脹，該記憶金屬絲也能靠超彈性的恒定力夾牢鏡片。這些超彈性合金制造的眼鏡框架的變形能力很大，而普通的眼鏡框則不能做到。

使用超彈性鎳鈦金屬絲做蜂窩狀電話天線是記憶金屬的另一個(gè)應(yīng)用。過(guò)去使用不銹鋼天線，由于彎曲常常出現(xiàn)損壞問(wèn)題。鎳鈦記憶金屬絲移動(dòng)電話天線具有高抗破壞性，受到人們普遍歡迎。