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文檔簡介
實驗四十一形狀記憶合金模型的動作實驗第一頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈一〉實驗目的〈二〉形狀記憶合金模型
〈三〉模型原理及實驗方法
〈四〉思考題
第二頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈一〉實驗目的(1)通過模型動作實驗,使學生進一步加深對形狀記憶合金基本性質(zhì)和基本概念的理解。(2)通過模型動作實驗,讓學生知道形狀記憶合金的動作(相變)、動作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類型等是相互關(guān)聯(lián)的,為使用下列儀器如熱分析儀、能譜儀、掃描電鏡、透射電鏡、高性能金相顯微鏡及定量分析系統(tǒng)、顯微硬度計、X射線衍射儀等大型精密儀器進行綜合分析作好思想準備。(3)通過模型動作實驗,然后以形狀記憶合金為材料,使彼此孤立的實驗最終相互聯(lián)系起來,以體現(xiàn)知識的系統(tǒng)性、連貫性和綜合性,將所學知識點全部綜合起來有所升華,以達到本綜合實驗教學之目的。同時,又能使學生對分析測試的全過程有所了解。第三頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型
形狀記憶合金模型主要有以下一些:渦輪型熱機,見圖1;單邊偏心曲柄型熱機,見圖2;雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機,見圖3;劃水型熱機,見圖4;全程TiNi記憶合金花,見圖5;雙程CuZnAl記憶合金花,見圖6;高溫伸長的雙程CuZnAl記憶合金彈簧,見圖7;高溫縮短的雙程CuZnAl記憶合金彈簧,見圖8;單程TiNi記憶合金簧,見圖9;第四頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型食道支架及放送器,見圖10;氣管支架及放送器,見圖11;膽道支架及放送器,見圖12;血管支架及放送器,見圖13;前列腺尿道支架,見圖14;牙齒矯形彈簧LH12型拉簧;牙齒矯形彈簧LH12型推簧,見圖15;記憶型NiTi牙弓絲,見圖16;搖椅型NiTi牙弓絲,見圖17。第五頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖1渦輪型熱機圖2單邊偏心曲柄型熱機圖3雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機
第六頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖4劃水型熱機圖5全程記憶合金花第七頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖6雙程記憶合金花圖7高溫伸長的雙程記憶合金簧圖8高溫縮短的雙程記憶簧
第八頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖9單程TiNi記憶合金簧圖10食道支架及放送器圖11氣管支架及放送器
第九頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型圖12膽道支架及放送器
圖13血管支架及放送器圖14前列腺尿道支架第十頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈二〉形狀記憶合金模型
圖15LH12型推簧圖16記憶型NiTi牙弓絲
圖17搖椅型NiTi牙弓絲第十一頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法
(1)渦輪型熱機用TiNiCu記憶合金絲作為傳送帶,利用形狀記憶合金記憶恢復特性,借助溫度差異,通過記憶合金的相變行為,在從動輪上產(chǎn)生力矩差,借助摩擦力驅(qū)使雙輪轉(zhuǎn)動,將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。以熱水為熱源,熱水溫度為65℃-85℃,操作時,需將黃銅輪底部的記憶合金絲浸入熱水中,并賦予從動輪以慣性使之啟動,則雙輪即可連續(xù)轉(zhuǎn)動。(2)單邊偏心曲柄型熱機用TiNiCu記憶合金絲做成彈簧,利用形狀記憶合金記憶回復特性,借助記憶合金彈簧在不同溫區(qū)(室溫溫度、熱水溫度)之間產(chǎn)生的力矩差驅(qū)使輪盤轉(zhuǎn)動的裝置。以熱水為熱源,熱水溫度為65℃-85℃,操作時,將熱機置于熱水容器中,使熱水浸至軸心,則大、小雙輪即可連續(xù)轉(zhuǎn)動。第十二頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法(3)雙邊偏心曲柄型發(fā)電熱機基本原理同偏心曲柄熱機。采用皮帶將大輪盤與發(fā)電機轉(zhuǎn)子皮帶輪相連,帶動發(fā)電機發(fā)電。(4)劃水型熱機用TiNi記憶合金做成薄片片,利用記憶合金的雙程記憶恢復特性,借助記憶合金片在熱水中通過記憶恢復產(chǎn)生的劃水動作,而在室溫條件下又自動恢復,如此周而復始的驅(qū)動輪盤轉(zhuǎn)動。以熱水為熱源,熱水溫度為65℃-75℃,操作時,僅將記憶合金片浸于熱水中,熱機即可連續(xù)轉(zhuǎn)動。其動作變化情況見圖18。第十三頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法(a)沒放入熱水前
(b)放入熱水后(c)涼至室溫后圖18劃水型熱機的動作變化情況第十四頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法(5)全程TiNi記憶合金花用TiNi記憶合金軋制成的薄片做成花瓣,利用TiNi記憶合金全程記憶恢復特性制成的記憶合金花,花蕾直徑80mm,展開直徑200mm,動作幅度為-1800-1800。以熱水或熱風為熱源,開放溫度為65℃-85℃,閉合溫度為室溫。其動作變化情況見圖19。(6)雙程CuZnAl記憶合金花用CuZnAl形狀記憶合金軋制成的薄片做成花瓣,利用CuZnAl形狀記憶合金雙程記憶恢復特性制成的記憶合金花,花蕾直徑80mm,展開直徑200mm,動作幅度為1800
。以熱水或熱風為熱源,開放溫度為65℃-85℃,閉合溫度為室溫。其動作變化情況見圖20。第十五頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法
(a)放入熱水前(b)放入熱水后(c)得到一定回復后的形狀(d)進一步回復后的形狀(e)冷至室溫后圖19全程TiNi記憶合金花的動作變化情況
第十六頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法
(a)沒放入熱水前(b)放入熱水后(c)涼至室溫后圖20雙程CuZnAl記憶合金花的動作變化情況第十七頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法(7)高溫伸長的雙程CuZnAl記憶合金彈簧。該彈簧是用CuZnAl記憶合金絲繞制成的,利用了形狀記憶合金的雙程記憶效應,是一種隨溫度的變化可自行伸縮的感溫驅(qū)動元件。這種簧充分展示了工業(yè)用形狀記憶合金元件的典型結(jié)構(gòu)形式。以熱水或熱風為熱源,伸縮溫度為80℃-95℃,自由狀態(tài)即低溫(室溫)時為45mm,伸長狀態(tài)即高溫(80℃-95℃)時為200mm。其動作變化情況見圖21。
第十八頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法(a)沒放入熱水前(b)放入熱水后(c)涼至室溫后圖21高溫伸長的雙程CuZnAl記憶合金彈簧的動作變化情況第十九頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法(8)高溫縮短的雙程CuZnAl記憶合金彈簧該彈簧也是用CuZnAl記憶合金絲繞制成的,同樣利用了形狀記憶合金的雙程記憶效應,亦是一種隨溫度的變化可自行伸縮的感溫驅(qū)動元件。這種簧亦充分展示了工業(yè)用形狀記憶合金元件的典型結(jié)構(gòu)形式。以熱水或熱風為熱源,伸縮溫度為65℃-85℃,自由狀態(tài)即低溫(室溫)時為200mm,縮短狀態(tài)即高溫(65℃-85℃)時為100mm。其動作變化情況見圖22。(a)沒放入熱水前(b)放入熱水后(c)涼至室溫后
圖22高溫縮短的雙程CuZnAl記憶合金彈簧的動作變化情況第二十頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法(9)單程TiNi記憶合金簧該彈簧是用TiNi記憶合金絲繞制成的,利用了形狀記憶合金的單程記憶效應,在拉長后,隨著溫度的升高可自行回復原長的感溫驅(qū)動元件。這種彈簧亦是工業(yè)用形狀記憶合金元件的典型結(jié)構(gòu)形式。拉長后,以熱水或熱風為熱源,回復原長的溫度為65℃-85℃,原長為80mm。其動作變化情況見圖23。形狀記憶合金的馬氏體相(即低溫時的相組織,此處所說的低溫指室溫)為軟相,母相(即高溫時的相組織,此處所說的高溫即指65℃-85℃)為硬相。兩相的硬度差別在該實驗中用手就可明顯地感覺到,請同學細心體驗。
第二十一頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈三〉模型原理及實驗方法
(a)未拉長
(b)被拉長后
(c)放入熱水后恢復原長圖23單程TiNi記憶合金簧的動作變化情況
第二十二頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈四〉思考題
各種形狀記憶合金模型的原理和實驗方法是什么。在這些形狀記憶合金模型中,那些利用了形狀記憶合金的單程記憶效應。在這些形狀記憶合金模型中,那些利用了形狀記憶合金的雙程記憶效應。在這些形狀記憶合金模型中,那些利用了形狀記憶合金的全程記憶效應。在這些形狀記憶合金模型中,那些利用了形狀記憶合金的相變偽彈性。通過實驗的親自體驗,形狀記憶合金的馬氏體相和母相在硬度上有無差別,差別是什么,與普通鋼鐵材料有什么區(qū)別。第二十三頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈四〉思考題試舉一例,形狀記憶合金做成什么元件,可以用于自動控制。TiNi記憶合金又是一種很好的生物材料,試舉一例,TiNi形狀記憶合金做成什么元件,可以用于臨床醫(yī)學。形狀記憶合金的動作(相變)、動作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類型等有無關(guān)聯(lián)。要想知道形狀記憶合金的動作(相變)、動作溫度及記憶性能與吸放出的熱量、化學成分、亞結(jié)構(gòu)、金相組織和馬氏體類型等之間的關(guān)聯(lián),是否還需使用熱分析儀、能譜儀、掃描電鏡、透射電鏡、高性能金相顯微鏡及定量分析系統(tǒng)、顯微硬度計、X射線衍射儀等大型精密儀器繼續(xù)進行實驗。第二十四頁,共二十六頁,編輯于2023年,星期二〈四〉思考題測量形狀記憶合金的動作(相變)、動作溫度,可以使用那些熱分析儀器。定量測量形狀記憶合金在動作(相變)過程中吸收或放出的熱量,可以使用什么熱分析儀器。形狀記憶合金動作(相變)、動作溫度的高低主要取決化學成分的含量。要測量化學成分的含量,可以使用那些儀器。要觀察形狀
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