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日本东北大学研发出新型Mg-Sc形状记忆合金可应用于航天领域

2016-08-26 412浏览 标签: 记忆合金日本THOU


项目背景


     形状记忆合金(Shape memory alloys — SMAs)具有独特的材料性能,如遇热可实现形状恢复以及材料的超弹性效应;并且目前此类合金已经广泛应用于各种工业领域如电子消费品、住房设施、个人饰品、抗震工程和医疗设备等。

     从第一个Au-Cd形状记忆合金研发成功以来,研发人员便对其产生了浓厚的兴趣并且从那时起陆续研发了一系列具有此种特殊材料性能的合金,如NiTi-、Cu-、Fe-、Ni-、 Co- 和 Ti-基等多晶合金。

     然而具有这种特殊性能的材料以前并没有在轻质合金体系(镁合金和铝合金)中发现过。


项目内容


     2016年7月22日,日本东北大学官网公布消息称研发人员成功研发了一种具有形状记忆性能的Mg-Sc合金。这一成果大大推动了轻质形状记忆合金在航空航天以及医疗等一系列领域的研发和应用。

     根据最新的研究成果发现具有体心立方结构(bcc)的Mg-Sc合金显示出了“马氏体相变特性”,并且还发现在-150ºC的情况下该合金具有“超弹性效应”对于Mg-20%Sc合金具有超过4%的超弹性应变;因此材料整体具有6%的可恢复应变(包括普通弹性应变和超弹性应变)。


1 -150ºCMg-Sc合金应力应变曲线


     研发人员还发现通过控制Sc元素的含量可以影响Mg-Sc形状记忆合金的工作温度;对于Mg-18.3%Sc合金来说,温度从-30℃加热到室温便可实现形状恢复。

     研发人员下一步将会继续优化Mg-Sc合金的化学成分,从而扩大形状记忆合金的工作温度范围、改善合金的生物相容性和生物降解性。

相关研究成果已经于2016年7月22日发表在美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science)发行的科学杂志上。

项目意义


     Mg-Sc形状记忆合金的密度为2 g/cm3,比传统TiNi形状记忆合金密度的1/3还轻。这一发现将对航空航天领域产生巨大影响,通常组件的质量越轻那么火箭和宇宙飞船的燃油效率将会越高;因此轻质的镁基形状记忆合金将会在航天器系统具有广泛的应用前景(如自动展开的支架以及振动吸收部件等)。

     镁基形状记忆合金在医疗领域也将会有广泛的应用前景;此前利用TiNi形状记忆合金的超弹性制作的扩张支架在医疗领域获得了巨大成功,但当在体内永久留置时会进一步导致血管变窄。为了克服这一问题,研究人员对于具有生物降解性能镁合金的研究越来越多,此次成功研发的Mg-Sc超弹性合金将会发挥巨大的作用。


     动态链接:New lightweight shape-shifting alloy shows potential for a variety of applications



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