Cu基形状记忆合金的阻尼性能研究文献综述

 2021-09-30 23:02:49

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1.11.1前言

在实际生活中，结构的阻尼现象到处都存在，但由于阻尼值比较小，因此往往不被人们所注意。而且在很多情况下，是要设法避免和克服阻尼，以取得较好的技术效果。随着科学技术的发展，在工程中对振动和噪声的要求越来越严格，必须要很好地控制它们。在探索减小振动和降低噪音的过程中，有以下几种有效的途径：一是将结构件设计得足够庞大和坚固，这种方法虽然可以以降低振动振幅来起到减振的作用，但从成本和质量方面考虑是不可取的；二是巧妙设计结构件，使它避开共振条件，这是传统的结构设计所经常采用的方法，但对于振动谱非常复杂的结构，这种方法只能部分解决问题，适用范围不广；三是采用阻尼材料，通过材料本身所具有的高阻尼特性有效地达到减震降噪的目的。所以，开发具有减震降噪功能的金属材料具有重要的意义。

我们给已适当变形的材料以温度变化，材料能自动做功而恢复变形前形状的效应称形状记忆效应(Shape Memory Effect)[1]，具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金(Shape Memory Alloys)。

SME最早于1932年由美国人A.Olander在Au-Cd合金中发现，1951年L. C.Chang和T.A.Read在Au-Cd、In-Ti合金中发现形状记忆效应。1963年美国海军研究所的W.Bueher 等人发现Ni-Ti合金也有形状记忆效应，并设计了机械实验装置。1969年美国Raychem公司生产Ti-Ni-Fe记忆合金管接头用于F14战斗机上的液压管路系统连接。20世纪70 年代以后SMA真正进入实用化阶段，至20世纪80年代末SMA的研究才遍及世界，20世纪90年代初，该合金得到进一步的发展，现已出现第三代形状记忆合金，且进入商品化阶段。目前，广泛应用于航空、航天、能源、汽车工业、电子、医疗、机械、建筑、服装、玩具等各个领域。当前，形状记忆合金无论在材料的研究上，还是在制备工艺及元件的应用上都在不断的开拓和发展。其中，铜基形状记忆合金是目前发现的形状记忆合金中的一个主要类别，它具有形状记忆、超弹性、高阻尼和良好的导电性四大功能，且生产工艺简单、成本低廉和性能优良。其记忆性能仅次于Ni-Ti系合金，相变点可在-100~300℃范围内调节，在要求反复使用次数不太高、条件不太苛刻情况下，应用前景非常广泛。

一般，人们常把马氏体相变及其逆相变所呈现的形状记忆效应分为两类：单程(One Way)记忆效应和双程(Two Way)记忆效应。所谓单程记忆效应实质是指具有一定形状的母相材料，经马氏体相变成为马氏体后将马氏体变形，再加热到As以上,在逆相变成为母相的同时，恢复原母相形状的物理现象，如图1-1所示。而双程记忆效应是指某些材料，在经过一定处理(称为训练)后，不但对母相的形状具有记忆效应，且当再冷至Ms以下，又呈现马氏体经过形变后的形状的物理现象[2]。

图1-1 形状记忆效应的形式（a）单程（b）双程

1.2 Cu基形状记忆合金

1.2.1 Cu基形状记忆合金的分类

铜基SMA母相均为bcc结构，称之为β相合金。铜基形状记忆合金主要有Cu-Zn和Cu-Al两大类，其中最具使用价值的是Cu-Zn-Al系、Cu-Al-Ni系和Cu-Al-Mn系。与Cu-Zn-Al系相比，Cu-Al-Ni系合金热稳定性较好，有较大的回复应力和较高的动作温度。Cu-Al-Mn系是新型形状记忆合金，具有极佳的延展性、显著的形状记忆效应和伪弹性。

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