形状记忆合金
所谓 “形状记忆合金”,就是能够记住自己原有形状的奇妙的合金材料,它将作为未来的金属材料大显身手。假如用这种合金制成汽车本身,即使受到冲撞而稍呈凹陷,只要一淋热水,就会恢复原状。这并不是漫画中的设想,也许是不久将来的现实。
形状记忆合金是20世纪60年代初被发现的。当时,美国海军的研究所在研制新的舰艇材料时,发现镍与钛的合金具有记忆形状的功能。其后,这方面的研究工作很快盛行起来了。
预先将这种合金加工成一定的形状,然后在300—1000℃的高温下经数分钟至30分钟的热处理,该合金就能记住自己被加工后的形状。其后,在室温条件下,无论把它变得怎样面目全非,只要将它靠近打火机火焰之类100℃以上的温度,转眼间,就能显出原来被加工后的形状。
这种合金之所以单靠温度变化就改变形状,是因为它具有所谓马氏体相变的性能。具有这种性能的合金,除了镍—钛合金以外,还有铜—锌合金、金—镉合金、镍—铝合金等十几种。其中研究得较多,已部分投入实际使用的是镍钛合金。由于这种合金经久耐用,可以预料其用途是相当广泛的。
那么,形状记忆合金的用途究竟有哪些呢? 首先,可用来制作机械零件,例如管子的接头等。预先通过高温使之定形,并记住自己的形状。在使用当中,即使冲击变形,只要使之加热,形状就能复原。也就是说,不用双手代劳,即能修复。美国已在其军用飞机和舰艇的管道系统上采用了这种合金。
此外,还可以用来制作眼镜框和玩具等。这样,即使使用时不注意而变了形,只要用打火机或火柴一烤,就能恢复原状。现在正在研究用形状记忆合金来制造人造关节、人造骨、人造牙龈等。
更不可思议的是,还有人设想用形状记忆合金制造一种新型发动机呢!
预先使形状记忆合金记住线圈形状,然后在室温条件下将它整形,再把它挂在两个大小不同的转轮 (开槽的圆盘) 上,对一个转轮浇上热水,另一个转轮浇上冷水。这样一来,在有热水的即温度高的一侧,由于形状记忆效应的作用,企图恢复原状,而发生收缩,慢慢地产生了推动转轮旋转的推力,使转轮转动起来。热水的温度越高,转数也就越多。
这种发动机的优点是,可利用发电厂的废热水、化工厂和炼铁厂的废热等作热源,说不定能够建成一个利用废热的发电站。
但是,形状记忆合金具有成本高而且难以加工的缺点。不过,随着研究开发工作的进展,有可能克服这种缺点。可以预料,充分发挥形状记忆作用的产品,其问世之日,已为期不远了。