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目前重點應(yīng)用的幾類新型合金
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-10-13
目前重點應(yīng)用的幾類新型合金：鋁鋰合金 鈦合金 儲氫合金 鎳鈷超耐熱合金 形狀記憶合金
（1）輕質(zhì)合金
鋁鋰合金具有高比強度（斷裂強度/密度）、高比剛度且相對密度小的特點，如用作現(xiàn)代蒙皮材料，一架大型客機可減輕重量50kg。以波音747為例，每減輕1kg，一年可獲利2000美元。鈦合金比鋼輕、耐腐蝕、無磁性、強度高，是用于航空和艦艇的理想材料。
（2）儲氫合金
由于石油和煤炭的儲量有限，而且在使用過程中會帶來環(huán)境污染等問題，尤其是20世紀70年代全球石油危機，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點。在氫能利用過程中，氫的儲運是重要環(huán)節(jié)。1969年荷蘭飛利浦公司研制出LaNi5儲氫合金，具有大量的可逆地吸收、釋放氫氣的性質(zhì)，其合金氫化物L(fēng)aNi5H6中氫的密度與液態(tài)氫相當(dāng)，約為氫氣密度的1000倍。儲氫合金是由兩種特定金屬構(gòu)成的合金，其中一種可以大量吸氫，形成穩(wěn)定的氫化物，而另一種金屬雖然與氫的親和力小，但氫很容易在其中。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等屬于第一種金屬，F(xiàn)e、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等屬于第二種金屬。前者控制儲氫量，后者控制釋放氫的可逆性。通過兩者合理配制，調(diào)節(jié)合金的吸放氫性能，制得在室溫下能夠可逆吸放氫的較理想的儲氫材料。
（3）超耐熱合金
鎳鈷合金能耐1200℃的高溫，可用于噴氣和燃氣輪機的構(gòu)件。鎳鈷鐵非磁性耐熱合金在1200℃時仍具有高強度、韌性好的特點，可用于航天的部件和原子反應(yīng)堆的控制棒等。尋找符合耐高溫、可長時間運行（10000h以上）、耐腐蝕、高強度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。
（4）形狀記憶合金
它們具有高彈性、金屬橡膠性能、高強度等特點，在較低溫度下受力發(fā)生塑性變形后，經(jīng)過加熱，又恢復(fù)到受熱前的形狀。如Ni-Ti、Ag-Cd、Cu-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Zn等合金，可用于調(diào)節(jié)裝置的彈性元件（如離合器、節(jié)流閥、控溫元素等）、熱引擎材料、醫(yī)療材料（牙齒矯正材料）等。形狀記憶效應(yīng)來源于一種熱彈性馬氏體相變。一般的馬氏體相變作為鋼的淬火強化的方法，就是把鋼加熱到某個臨界溫度以上保溫一段時間，然后迅速冷卻，例如直接插入冷水中（稱為淬火），這時鋼轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N馬氏體的結(jié)構(gòu)，并使鋼硬化。后來，在某些合金中發(fā)現(xiàn)了不同于上述的另一種所謂熱彈性馬氏體相變，熱彈性馬氏體一旦產(chǎn)生便可以隨著溫度降低繼續(xù)長大。相反，當(dāng)溫度回升時，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢復(fù)到原來的狀態(tài)，即馬氏體隨著溫度的變化可以可逆地長大或縮小。熱彈性馬氏體相變時隨之伴有形狀的變化。新型金屬功能材料除上述幾類以外，還有能降低噪音的減振合金；具有替代、增強和修復(fù)人體和組織的生物醫(yī)學(xué)材料；具有在材料或結(jié)構(gòu)中植入傳感器、信號處理器、通信與控制器及執(zhí)行器，使材料或結(jié)構(gòu)具有自診斷、自適應(yīng)，甚至損傷自愈合等智能功能與生命特征的智能材料等。
鋁鋰合金具有高比強度（斷裂強度/密度）、高比剛度且相對密度小的特點，如用作現(xiàn)代蒙皮材料，一架大型客機可減輕重量50kg。以波音747為例，每減輕1kg，一年可獲利2000美元。鈦合金比鋼輕、耐腐蝕、無磁性、強度高，是用于航空和艦艇的理想材料。
（2）儲氫合金
由于石油和煤炭的儲量有限，而且在使用過程中會帶來環(huán)境污染等問題，尤其是20世紀70年代全球石油危機，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點。在氫能利用過程中，氫的儲運是重要環(huán)節(jié)。1969年荷蘭飛利浦公司研制出LaNi5儲氫合金，具有大量的可逆地吸收、釋放氫氣的性質(zhì)，其合金氫化物L(fēng)aNi5H6中氫的密度與液態(tài)氫相當(dāng)，約為氫氣密度的1000倍。儲氫合金是由兩種特定金屬構(gòu)成的合金，其中一種可以大量吸氫，形成穩(wěn)定的氫化物，而另一種金屬雖然與氫的親和力小，但氫很容易在其中。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等屬于第一種金屬，F(xiàn)e、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等屬于第二種金屬。前者控制儲氫量，后者控制釋放氫的可逆性。通過兩者合理配制，調(diào)節(jié)合金的吸放氫性能，制得在室溫下能夠可逆吸放氫的較理想的儲氫材料。
（3）超耐熱合金
鎳鈷合金能耐1200℃的高溫，可用于噴氣和燃氣輪機的構(gòu)件。鎳鈷鐵非磁性耐熱合金在1200℃時仍具有高強度、韌性好的特點，可用于航天的部件和原子反應(yīng)堆的控制棒等。尋找符合耐高溫、可長時間運行（10000h以上）、耐腐蝕、高強度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。
（4）形狀記憶合金
它們具有高彈性、金屬橡膠性能、高強度等特點，在較低溫度下受力發(fā)生塑性變形后，經(jīng)過加熱，又恢復(fù)到受熱前的形狀。如Ni-Ti、Ag-Cd、Cu-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Zn等合金，可用于調(diào)節(jié)裝置的彈性元件（如離合器、節(jié)流閥、控溫元素等）、熱引擎材料、醫(yī)療材料（牙齒矯正材料）等。形狀記憶效應(yīng)來源于一種熱彈性馬氏體相變。一般的馬氏體相變作為鋼的淬火強化的方法，就是把鋼加熱到某個臨界溫度以上保溫一段時間，然后迅速冷卻，例如直接插入冷水中（稱為淬火），這時鋼轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N馬氏體的結(jié)構(gòu)，并使鋼硬化。后來，在某些合金中發(fā)現(xiàn)了不同于上述的另一種所謂熱彈性馬氏體相變，熱彈性馬氏體一旦產(chǎn)生便可以隨著溫度降低繼續(xù)長大。相反，當(dāng)溫度回升時，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢復(fù)到原來的狀態(tài)，即馬氏體隨著溫度的變化可以可逆地長大或縮小。熱彈性馬氏體相變時隨之伴有形狀的變化。新型金屬功能材料除上述幾類以外，還有能降低噪音的減振合金；具有替代、增強和修復(fù)人體和組織的生物醫(yī)學(xué)材料；具有在材料或結(jié)構(gòu)中植入傳感器、信號處理器、通信與控制器及執(zhí)行器，使材料或結(jié)構(gòu)具有自診斷、自適應(yīng)，甚至損傷自愈合等智能功能與生命特征的智能材料等。