實(shí)驗(yàn)四十一形狀記憶合金模型的動(dòng)作實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)四十一形狀記憶合金模型的動(dòng)作實(shí)驗(yàn)第一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈一〉實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹炊敌螤钣洃浐辖鹉Ｐ?/p>

〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法

〈四〉思考題

第二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈一〉實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）通過(guò)模型動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)形狀記憶合金基本性質(zhì)和基本概念的理解。（2）通過(guò)模型動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生知道形狀記憶合金的動(dòng)作（相變）、動(dòng)作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學(xué)成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類(lèi)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(jì)、X射線(xiàn)衍射儀等大型精密儀器進(jìn)行綜合分析作好思想準(zhǔn)備。（3）通過(guò)模型動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，然后以形狀記憶合金為材料，使彼此孤立的實(shí)驗(yàn)最終相互聯(lián)系起來(lái)，以體現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)性、連貫性和綜合性，將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)全部綜合起來(lái)有所升華，以達(dá)到本綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)之目的。同時(shí)，又能使學(xué)生對(duì)分析測(cè)試的全過(guò)程有所了解。第三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈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(jī)，見(jiàn)圖1；單邊偏心曲柄型熱機(jī)，見(jiàn)圖2；雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機(jī)，見(jiàn)圖3；劃水型熱機(jī)，見(jiàn)圖4；全程TiNi記憶合金花，見(jiàn)圖5；雙程CuZnAl記憶合金花，見(jiàn)圖6；高溫伸長(zhǎng)的雙程CuZnAl記憶合金彈簧，見(jiàn)圖7；高溫縮短的雙程CuZnAl記憶合金彈簧，見(jiàn)圖8；單程TiNi記憶合金簧，見(jiàn)圖9；第四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈二〉形狀記憶合金模型食道支架及放送器，見(jiàn)圖10；氣管支架及放送器，見(jiàn)圖11；膽道支架及放送器，見(jiàn)圖12；血管支架及放送器，見(jiàn)圖13；前列腺尿道支架，見(jiàn)圖14；牙齒矯形彈簧LH12型拉簧；牙齒矯形彈簧LH12型推簧，見(jiàn)圖15；記憶型NiTi牙弓絲，見(jiàn)圖16；搖椅型NiTi牙弓絲，見(jiàn)圖17。第五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖1渦輪型熱機(jī)圖2單邊偏心曲柄型熱機(jī)圖3雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機(jī)

第六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖4劃水型熱機(jī)圖5全程記憶合金花第七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖6雙程記憶合金花圖7高溫伸長(zhǎng)的雙程記憶合金簧圖8高溫縮短的雙程記憶簧

第八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈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

第九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖12膽道支架及放送器

圖13血管支架及放送器圖14前列腺尿道支架第十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈二〉形狀記憶合金模型

圖15LH12型推簧圖16記憶型NiTi牙弓絲

圖17搖椅型NiTi牙弓絲第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法

（1）渦輪型熱機(jī)用TiNiCu記憶合金絲作為傳送帶，利用形狀記憶合金記憶恢復(fù)特性，借助溫度差異，通過(guò)記憶合金的相變行為，在從動(dòng)輪上產(chǎn)生力矩差，借助摩擦力驅(qū)使雙輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。以熱水為熱源，熱水溫度為65℃-85℃，操作時(shí)，需將黃銅輪底部的記憶合金絲浸入熱水中，并賦予從動(dòng)輪以慣性使之啟動(dòng)，則雙輪即可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）單邊偏心曲柄型熱機(jī)用TiNiCu記憶合金絲做成彈簧，利用形狀記憶合金記憶回復(fù)特性，借助記憶合金彈簧在不同溫區(qū)（室溫溫度、熱水溫度）之間產(chǎn)生的力矩差驅(qū)使輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。以熱水為熱源，熱水溫度為65℃-85℃，操作時(shí)，將熱機(jī)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(dòng)。第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法（3）雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機(jī)基本原理同偏心曲柄熱機(jī)。采用皮帶將大輪盤(pán)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子皮帶輪相連，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。（4）劃水型熱機(jī)用TiNi記憶合金做成薄片片，利用記憶合金的雙程記憶恢復(fù)特性，借助記憶合金片在熱水中通過(guò)記憶恢復(fù)產(chǎn)生的劃水動(dòng)作，而在室溫條件下又自動(dòng)恢復(fù)，如此周而復(fù)始的驅(qū)動(dòng)輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。以熱水為熱源，熱水溫度為65℃-75℃，操作時(shí)，僅將記憶合金片浸于熱水中，熱機(jī)即可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其動(dòng)作變化情況見(jiàn)圖18。第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法（a）沒(méi)放入熱水前

(b)放入熱水后(c)涼至室溫后圖18劃水型熱機(jī)的動(dòng)作變化情況第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)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(fù)特性制成的記憶合金花，花蕾直徑80mm，展開(kāi)直徑200mm，動(dòng)作幅度為-1800-1800。以熱水或熱風(fēng)為熱源，開(kāi)放溫度為65℃-85℃，閉合溫度為室溫。其動(dòng)作變化情況見(jiàn)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(fù)特性制成的記憶合金花，花蕾直徑80mm，展開(kāi)直徑200mm，動(dòng)作幅度為1800

。以熱水或熱風(fēng)為熱源，開(kāi)放溫度為65℃-85℃，閉合溫度為室溫。其動(dòng)作變化情況見(jiàn)圖20。第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法

(a)放入熱水前(b)放入熱水后(c)得到一定回復(fù)后的形狀(d)進(jìn)一步回復(fù)后的形狀(e)冷至室溫后圖19全程TiNi記憶合金花的動(dòng)作變化情況

第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法

（a）沒(méi)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(dòng)作變化情況第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法（7）高溫伸長(zhǎng)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(yīng)，是一種隨溫度的變化可自行伸縮的感溫驅(qū)動(dòng)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(fēng)為熱源，伸縮溫度為80℃-95℃，自由狀態(tài)即低溫（室溫）時(shí)為45mm，伸長(zhǎng)狀態(tài)即高溫（80℃-95℃）時(shí)為200mm。其動(dòng)作變化情況見(jiàn)圖21。

第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法（a）沒(méi)放入熱水前(b)放入熱水后(c)涼至室溫后圖21高溫伸長(zhǎng)的雙程CuZnAl記憶合金彈簧的動(dòng)作變化情況第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)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(yīng)，亦是一種隨溫度的變化可自行伸縮的感溫驅(qū)動(dòng)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。以熱水或熱風(fēng)為熱源，伸縮溫度為65℃-85℃，自由狀態(tài)即低溫（室溫）時(shí)為200mm，縮短狀態(tài)即高溫（65℃-85℃）時(shí)為100mm。其動(dòng)作變化情況見(jiàn)圖22。（a）沒(méi)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(dòng)作變化情況第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)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(yīng)，在拉長(zhǎng)后，隨著溫度的升高可自行回復(fù)原長(zhǎng)的感溫驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)后，以熱水或熱風(fēng)為熱源，回復(fù)原長(zhǎng)的溫度為65℃-85℃，原長(zhǎng)為80mm。其動(dòng)作變化情況見(jiàn)圖23。形狀記憶合金的馬氏體相（即低溫時(shí)的相組織，此處所說(shuō)的低溫指室溫）為軟相，母相（即高溫時(shí)的相組織，此處所說(shuō)的高溫即指65℃-85℃）為硬相。兩相的硬度差別在該實(shí)驗(yàn)中用手就可明顯地感覺(jué)到，請(qǐng)同學(xué)細(xì)心體驗(yàn)。

第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈三〉模型原理及實(shí)驗(yàn)方法

（a）未拉長(zhǎng)

(b)被拉長(zhǎng)后

(c)放入熱水后恢復(fù)原長(zhǎng)圖23單程TiNi記憶合金簧的動(dòng)作變化情況

第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈四〉思考題

各種形狀記憶合金模型的原理和實(shí)驗(yàn)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(yīng)。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(yīng)。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(yīng)。在這些形狀記憶合金模型中，那些利用了形狀記憶合金的相變偽彈性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的親自體驗(yàn)，形狀記憶合金的馬氏體相和母相在硬度上有無(wú)差別，差別是什么，與普通鋼鐵材料有什么區(qū)別。第二十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈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(dòng)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(xué)。形狀記憶合金的動(dòng)作（相變）、動(dòng)作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學(xué)成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類(lèi)型等有無(wú)關(guān)聯(lián)。要想知道形狀記憶合金的動(dòng)作（相變）、動(dòng)作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學(xué)成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類(lèi)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(jì)、X射線(xiàn)衍射儀等大型精密儀器繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第二十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二〈四〉思考題測(cè)量形狀記憶合金的動(dòng)作（相變）、動(dòng)作溫度，可以使用那些熱分析儀器。定量測(cè)量形狀記憶合金在動(dòng)作（相變）過(guò)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(dòng)作（相變）、動(dòng)作溫度的高低主要取決化學(xué)成分的含量。要測(cè)量化學(xué)成分的含量，可以使用那些儀器。要觀察形狀