形狀記憶合金是一種新型的功能材料, 它已成為功能材料領域的研究熱點之一。我們給已適當變形的材料以溫度變化, 材料能自動做功而恢復變形前形狀的效應稱為“形狀記憶效應”(shape memory effect,簡稱SME), 而具有形狀記憶效應的合金稱為形狀記憶合金(shape memory alloy,簡稱SMA)。

最早在金屬中發現形狀記憶效應可追溯到20世紀30年代。1938年, 美國的Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中發現了馬氏體的熱彈性轉變。隨后, 蘇聯的Kurdiumov對這種現象進行了研究。1951年, Chang和Read在Au-47.5%Cd(原子數分數)合金中用光學顯微鏡觀察到馬氏體界面隨溫度的變化而發生遷移。這是最早觀察到金屬形狀記憶效應的報道。數年后, Burkhart在In-Ti合金中觀察到同樣的現象。然而在當時, 這些現象的發現只被看作是個別材料的特殊現象而未能引起人們足夠的興趣和重視。直到1963年, 美國海軍武器實驗室Buehler 等人開發并成功研制出具有實用價值的形狀記憶合金Nitinol后, 才廣泛引起了人們的興趣, 對形狀記憶合金的研究從此進入了一個新的階段。1969年, Raychem 公司首次將Ti-Ni合金制成管接頭應用于美國F14戰斗機上;1970年, 美國將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。這些應用大大激勵了國際上對形狀記憶合金的研究與開發。20世紀70年代, 相繼開發出了Ti-Ni基、 Cu-Al-Ni基和Cu-Zn-Al基形狀記憶合金; 80年代開發出了Fe-Mn-Si基、 不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金。從20世紀90年代至今, 高溫形狀記憶合金、 寬滯后記憶合金以及記憶合金薄膜等已成為研究熱點。20世紀80年代初, 科研工作者突破了Ti-Ni合金研究中的難點, 從此以后, 形狀記憶合金開始廣泛應用于生產、 生活的各個領域。在各國申請的有關形狀記憶合金的技術專利已逾萬件, 投入市場付諸應用的實例已有上百種。同時, 隨著智能材料、 智能機構研究的興起, 又將形狀記憶合金的應用推向了更廣泛的領域。目前, 有關形狀記憶合金研究的科技論文數已位居馬氏體相變研究領域之首, 而且該類材料所涉及的應用領域極其廣泛。

從發現形狀記憶合金至今, 其發展已有70余年的歷史。美國、 日本等國家對形狀記憶合金的研究和應用開發已較為成熟, 同時也較早地實現了形狀記憶合金的產業化。我國從20世紀70年代末才開始了形狀記憶合金的研究工作, 起步較晚, 但起點較高。在材料冶金學方面, 特別是實用形狀記憶合金的煉制水平已得到國際學術界的公認, 在應用開發上也有一些獨到的成果。但是, 由于研究條件的限制, 在形狀記憶合金的基礎理論和材料科學方面的研究上, 我國與國際先進水平尚有一定差距, 尤其是在形狀記憶合金產業化和工程應用方面與國外差距較大。

近10年來, 我國在形狀記憶合金基礎理論研究方面有了很大發展, 在形狀記憶合金的應用和開發方面更是取得了長足進步。現在, 我國的形狀記憶合金產業化進程正方興未艾, 國內涌現了一大批以形狀記憶合金原料及產品為主要生產、 經營項目的高科技公司。可以預見, 未來幾年我國形狀記憶合金的研究和應用開發將會有令人矚目的發展, 甚至可能出現較大的突破。

除了金屬材料外, 人們還發現在非金屬材料(如高聚物和陶瓷) 中也存在形狀記憶現象, 但目前尚處于初期探索階段。

現在已發現具有形狀記憶效應的合金至少有:

① Ti-Ni、 Ti-Nb、 Ti-Ni-X(Fe、Cu、Au、Pt、Pd)。

② Au-Cd、 Au-Cu-Zn。

③ Cu-Zn、 Cu-Zn-Al、 Cu-Zn-Sn、 Cu-Zn-Ni、 Cu-Zn-Si、 Cu-Zn-Ga、 Cu-Al-Ni、 Cu-Al-Mn、 Cu-Al-Si。

④ Ag-Cd、 Ag-Zn、Ag-Zn-Cd。

⑤ Ni-Al、 Ni-Al-Co、 Ni-Al-Ti。

⑥ Co-Ni。

⑦ Fe-Ni、 Fe-Ni-Co-Ti、 Fe-Mn、 Fe-Mn-C、 Fe-Mn-Si、 Fe-Mn-Si-Ni(Cr)、 304不銹鋼和Fe-Pt等。?