钛镍系形状记忆合金(titanium—nickel shape memory alloy)

具有形状记忆效应的功能钛合金。物体在某一温度下受力变形，去除外力后仍保持变形后的形状，但在较高温度下能自动恢复到变形前的原始形状，这种现象称为形状记忆效应。

1938年美国格雷宁格(A．B．Greniger)等在铜锌合金中观察到形状记忆效应。1963年美国海军武器实验室比勒(w．J．Buehler)等研制出称为镍钛的(Nitinol)的形状记忆合金，并用于航天器。从此，对形状记忆效应和形状记忆合金开展了广泛的研究。70年代已研制成十几种记忆合金。中国于1978年开始研制，1980年得到应用。

分类   钛镍系形状记忆合金包括近等原子比的钛镍形状记忆合金、宽滞后的钛镍铌形状记忆合金、窄滞后的钛镍铜形状记忆合金。

钛镍形状记忆合金钛镍是一种等原子比的金属间化合物(Ti₅₀Ni₅₀)，实用合金成分为Ti-(49～51)％Ni(原子分数)。钛镍金属间化合物具有延展性，可热加工和冷加工，冷加工率为10％～25％，再结晶温度为500～600℃。钛镍合金高温相具有优良的耐磨、耐蚀性，低温相具有良好的阻尼性，相变区域具有奇特的记忆性能和超弹性。钛镍合金的物理性能、力学性能和记忆性能分别示于表1和表2。(A_S为马氏体逆转变为母相的开始温度，A_f为马氏体逆转变为母相的终了温度)。

钛镍铌形状记忆合金    Ti₄₄Ni₄₇Nb₉合金的形状开始恢复温度A_s，与马氏体开始转变温度M_s温度差异很大，因此被称作宽滞后记忆合金。如在-60℃马氏体状态给予适当的大变形，温度滞后(A_s-M_s)可达150℃(M_s≈-90℃，A_s≈60℃)。一般二元合金A_s-M_s在10～30℃。用钛镍铌合金制作紧固件管接头，在低温下扩径，可在常温下保存和运输，不会发生形状变化，不需要在液氮中保存，使用时只要加热到80℃以上，即可方便地完成安装，所以工程上应用十分方便。

钛镍铜形状记忆合金铜在钛镍中溶解度高，用铜置换镍原子高达30％(原子分数)，不影响高温相的结构。钛镍铜合金特点是屈服极限较低，为100MPa(TiNi为200MPa，TiNiNb为300MPa)。钛镍铜形状记忆合金的温度滞后小，因此也称为窄滞后形状记忆合金，这有利于制作多次循环的驱动元件。

形状记忆机制   钛镍形状记忆合金依据不同处理工艺，可显示形状记忆效应和超弹性。

形状记忆效应   形状记忆效应(shape memory effect，缩写为SME)与热弹性马氏体转变有密切关系。TiNi记忆合金的高温相为有序的体心立方C_sC1型B：结构，低温相马氏体(M)为单斜B₁₉型结构，中间相R为菱形结构，相变时发生B₂⇔R⇔M或B₂⇔M转变。高温相单晶冷却到马氏体转变终了温度M_f以下全部转变成马氏体，形成24种取向不同的变体，各变体间成自协调状态，当外力作用时，通过孪晶界面和马氏体晶界的迁移，相互吞食，马氏体发生重新排列，形成马氏体单晶，宏观上出现变形，去除外力，加热到A_f温度以上，马氏体逆转成单一取向的高温相，恢复到材料在高温时的宏观形状。随后再进行冷却，形状保持不变，这就是所谓的“单程”形状记忆。如果材料经过特殊“训练”，在随后的加热和冷却循环中，能重复地记忆高温相和低温相的两种形状，则称为“双程”形状记忆。某些合金(如富镍的钛镍合金经拘束时效)在出现双程记忆的同时，继续冷却到更低温度，出现与高温相形状相同、但方向完全相反的现象，称“全程”形状记忆。

超弹性   英语为pseudoelasticity (缩写PE)。钛镍形状记忆合金的弹性变形可达5％～20％，常称之为超弹性。根据热力学方程，记忆效应和超弹性与应力和温度有关，低于A_s温度表现为形状记忆区，在A_s～A_f之间为形状记忆与超弹性混合区，在A_f～M_d(应力诱发马氏体转变极限温度)为超弹性区，高于A_f温度产生滑移变形，形状不能完全恢复。在高于Ar温度低于M_d温度区间施加外应力，产生应力诱发马氏体相变，在低应力下产生很大的应变，去除外力时，应力诱发马氏体立刻发生逆转变，应变消失，恢复到原始高温相的形状，即称为超弹性。

应用   钛镍形状记忆合金在电子仪器、机械器具、汽车、家电、建筑、能源、宇航、玩具、服装、医疗等领域得到广泛应用。尤其90年代TiNi记忆合金在医学临床应用得到迅猛发展。工业产品有各种温度自动调节器、管接头、火灾报警器、记录用笔的驱动部件、发动机防热风扇离合器、排气自动调节喷管、淋浴器、手机天线、记忆合金文胸等，医疗产品有牙科矫形丝、人工关节、接骨锔钉、聚膑器、脊柱矫形棒、TiNi记忆合金各种支架，如食道、胆道、血管、气管、前列腺尿道等记忆合金支架来治疗各类管腔狭窄等。(见彩图插页第12页)。