記憶金屬又叫形狀記憶合金。近年來，研究開發(fā)的記憶功能材料主要有形狀記憶、溫度記憶以及色彩記憶等多種，而以記憶金屬材料發(fā)展最為迅速。由于記憶金屬材料具有優(yōu)越的性能及廣闊的應用前景，因此它已成為21世紀重點開發(fā)的新材料之一。

記憶金屬是人們最早發(fā)現(xiàn)的記憶功能材料。

20世紀50年代初期，美國伊利諾斯大學專家在試驗中偶然發(fā)現(xiàn)金-鎘合金具有記憶形狀的功能，繼而又發(fā)現(xiàn)銦-鉈合金也有類似的記憶效應，但因其造價昂貴而未引起重視。

1963年，美國海軍武器研究所在研究鎳-鈦合金性能時又偶然發(fā)現(xiàn)該合金具有明顯的形狀記憶效應，同時還具有許多其他金屬所不具備的獨特優(yōu)點，如優(yōu)良的超彈性、耐腐蝕性和防振性等，從而引起了人們的重視，并開始對其進行研究。

近年來，記憶金屬隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展而嶄露頭角，現(xiàn)已開發(fā)出幾十種具有形狀記憶功能的合金。目前已投入實用的記憶金屬主要有鎳一鈦系、銅系和鐵系或(不銹鋼系)三大類。

1、鎳-鈦記憶金屬

鎳-鈦系記憶合金是記憶金屬材料中性能最優(yōu)越而且用途最廣的一種。鎳-鈦系記憶合金的延展性、形狀記憶強度、應變、耐蝕性、電阻及穩(wěn)定性均較好，但其成本較高。這類合金的形狀記憶行為有單向和雙向兩種，其呈現(xiàn)記憶行為的溫度范圍可借助合金的改良而加大或縮小。

近年來，許多國家正致力于開發(fā)一系列改良型鎳-鈦記憶合金，通過添加其他元素進一步改善其性能，并降低其成本。如添加銅或釩、鋁、鉻、鋯和微量鈣可大大改善其韌性、加工性和切削性;又如，在鎳-鈦-銅系記憶合金中添加稀土元素和硼、硅、磷、硫等元素，可獲得恢復特性顯著提高的記憶金屬。

日本住友電氣工業(yè)公司在鎳-鈦合金中添加銅(或鋁、鋯、釩、鈷、鐵)元素后，經(jīng)表面處理后拉絲，即可制得色彩漂亮的記憶金屬絲，以滿足對其裝飾性的要求。日本坎托克公司研制的一種鎳-鈦記憶合金絲直徑只有頭發(fā)絲的一半，具有良好的復合性和可編織性;同時，這種合金富有彈性，對熱又十分敏感，因此在汽車閥門、熱水器、水量調(diào)節(jié)閥、小型電熱調(diào)節(jié)器以及胸罩等方面得到廣泛應用。

2、銅系記憶金屬

銅系記憶金屬比鎳-鈦記憶合金更便宜且容易加工成型，因此頗具發(fā)展?jié)摿?。但銅系記憶金屬的強度不如鎳-鈦記憶合金，反復受熱的形狀記憶能力也衰減較快。為了提高銅系記憶合金的機械性能，可添加微量的鈦、錳、鋯。銅系記憶金屬中性能最好、應用最廣的是銅-鋅-鋁記憶合金。銅-鋅-鋁記憶合金的導熱率高且對溫度變化敏感，可用于制作熱敏元件。

美國和日本等國將銅-鋅-鋁合金應用在溫室和育苗室等天窗自控開閉器上，以自動調(diào)節(jié)室溫。但銅-鋅-鋁記憶合金的電阻率比鎳-鈦記憶合金小，因此不宜用于通電升溫場合。通過在銅-鋅-鋁記憶合金中添加鐵或硅等元素，可提高其耐腐蝕性能。日本東京一家公司開發(fā)成功一種具有色彩記憶效應的銅-鎳-鋁記憶合金，該合金在溫度變化時會產(chǎn)生紅色、金黃色轉(zhuǎn)變，因此可廣泛應用于制作工藝美術(shù)品、裝飾品、玩具及家電用品等。

3、鐵系記憶金屬

鐵系記憶金屬成本低廉，原料豐富，更具有競爭力。已經(jīng)開發(fā)的鐵系記憶金屬有鐵-錳合金、鐵-鉑合金以及不銹鋼系記憶金屬等。通過在鐵-錳合金中添加硅，可獲得具有良好形狀記憶效應的鐵-錳-硅記憶合金。

鐵-錳-硅記憶合金的強度高，但耐腐蝕性較差。而在這種記憶合金中添加鉻，則可大大提高耐腐蝕性。鐵系記憶金屬目前已在制作管接頭、鉚釘之類連接件以及夾具等方面獲得廣泛應用，不僅便于人們安裝和操作，而且安全可靠，是很有發(fā)展前途的功能材料。

日本新開發(fā)的不銹鋼系記憶金屬，不僅形狀恢復特性和耐蝕性優(yōu)異，而且具有很好的切削加工性和耐高溫氧化性。它的化學成分除了含有鉻、錳、硅和鐵主要成分外，還含有一定量的鎳或鉆、銅、氮等元素。這種不銹鋼系記憶金屬可以采用傳統(tǒng)的煉鋼爐熔煉，并且可以利用普通方法制成成品，應用范圍很廣。

1、自蔓延高溫合成法

自蔓延高溫合成法也稱燃燒合成法，其實質(zhì)是燃燒合成。具體流程是將按一定比例配置好的合金元素粉末均勻混合，并施加壓力形成一定的形狀后，在一定溫度下置于保護氣體中局部點燃，使反應自蔓延傳播，待燃燒完畢后便可生成化合物。

按照燃燒方式的不同，自蔓延可分為熱爆模式和層燃模式。自蔓延燃燒合成法可制備非平衡態(tài)、非化學計量比和功能梯度材料，具有合成速度快、節(jié)能及產(chǎn)物純度高、多孔、離散性大等優(yōu)點。

2、常規(guī)粉末燒結(jié)法

以鎳鈦合金為例，常規(guī)粉末燒結(jié)法是將鎳、鈦金屬粉末混合均勻后，在某一較高的溫度下長時間燒結(jié)，形成合金。反應過程中，鈦原子的遷移擴散速率較鎳原子的遷移擴散速率大，故鈦原子更易于擴散至鎳顆粒間并與其化合，鈦原子處則由于沒有擴散來的原子補償，會形成微孔，這一現(xiàn)象被稱為柯肯達爾效應。由于柯肯達爾效應的作用，長時間燒結(jié)的鎳、鈦金屬粉末最終獲得多孔的鎳鈦合金。

常規(guī)粉末燒結(jié)法的工藝過程簡單易行、反應可控、技術(shù)要求低。但同時反應方式的局限性也導致生產(chǎn)過程費時、材料孔隙率低、孔隙尺寸不大及合金組織均一性不高等缺點。

3、熱等靜壓法

熱等靜壓法也是利用金屬粉末燒結(jié)成型的原理，是目前制備記憶金屬的教有效和較理想的手段。熱等靜壓法是將特定氣體作為壓力媒介，在加熱燒結(jié)過程中對粉體或坯料施加氣體壓力來制備合金的方法。

由于氣體本身的性質(zhì)，無論被成型材料幾何形狀如何，氣體產(chǎn)生的高壓力均能保持其各個方向上受壓力相同或相近。同時，高壓氣體也能像液體一樣滲入粉體或坯料中的空洞，這樣，在高溫高壓的共同作用下，合金內(nèi)部的缺陷和孔洞易被消除，晶體組織結(jié)構(gòu)改善，并伴隨著材料致密度和強度大幅提高，綜合性能優(yōu)異。但熱等靜壓法繼承了燒結(jié)法燒結(jié)時間長的缺點，設(shè)備投入也較大。

1、記憶金屬在機械電子產(chǎn)品中的應用

1970年美國用記憶金屬制作F-14戰(zhàn)斗上的低溫配合連接器，隨后有數(shù)以百萬以上的連件的應用。記憶金屬作為低溫配合連接在飛機的液壓系統(tǒng)中及體積較小的石油、石化、電工業(yè)產(chǎn)品中應用。另一種連接件的形狀是焊接的網(wǎng)狀金屬絲，用于制造導體的金屬絲編織層的安全接頭。這種接件已經(jīng)用于密封裝置、電氣連接裝置、電子工程機械裝置，并能在-65～300℃可靠地工作。

將記憶金屬制作成一個可打開和關(guān)閉快門的彈簧，用于保護霧燈免于飛行碎片的擊壞。用于制造精密儀器或精密車床，一旦由于震動、碰撞等原因變形，只需加熱即可排除故障。

2、記憶金屬在航空航天工業(yè)中的應用

記憶金屬已應用到航空和太空裝置。如用在軍用飛機的液壓系統(tǒng)中的低溫配合連接件，歐洲和美國正在研制用于直升飛機的智能水平旋翼中的記憶金屬材料。

還可用于制造探索宇宙奧秘的月球天線，人們利用記憶金屬在高溫環(huán)境下制做好天線，再在低溫下把它壓縮成一個小鐵球，使它的體積縮小到原來的千分之一，這樣很容易運上月球，太陽的強烈的輻射使它恢復原來的形狀，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。

3、記憶金屬在生物醫(yī)療方面的應用

用于醫(yī)學領(lǐng)域的鎳鈦記憶金屬，除了利用其形狀記憶效應或超彈性外，還應滿足化學和生物學等方面的要求，即良好的生物相容性。鎳鈦可與生物體形成穩(wěn)定的鈍化膜。在醫(yī)學上鎳鈦合金主要應用有：

(1)牙齒矯形絲

用超彈性鎳鈦合金絲和不銹鋼絲制作牙齒矯正絲，二者相比，超彈性鎳鈦合金絲更加適宜。用鎳鈦合金作牙齒矯形絲，即使應變高達10%也不會產(chǎn)生塑性變形，而且應力誘發(fā)馬氏體相變使彈性模量呈現(xiàn)非線型特性，即應變增大時矯正力波動很少。這種材料不僅操作簡單，療效好，也可減輕患者不適感。

(2)脊柱側(cè)彎矯形

外科中用鎳鈦記憶金屬制做各種骨連接器、血管夾、凝血濾器以及血管擴張元件等。同時，它正被廣泛應用于口腔科、骨科、心血管科、胸外科、肝膽科、泌尿科、婦科等。

由記憶合金鎳鈦諾制成的勺子，當勺子被放到熱水中時，勺柄就會自動彎折成90度角。這樣一來，喝湯、喝咖啡也就更方便了。用完之后只需讓勺子自然冷卻即可恢復原樣。

4、記憶金屬在日常生活中的應用

在家庭生活中，已開發(fā)的形狀記憶閥可用來防止洗滌槽中、浴盆和浴室的熱水意外燙傷。由于鎳鈦合金所具有的柔韌性，使它們廣泛用于改變眼鏡時尚界。

用超彈性鎳鈦合金絲做眼鏡框架，即使鏡片熱膨脹，該記憶金屬絲也能靠超彈性的恒定力夾牢鏡片。這些超彈性合金制造的眼鏡框架的變形能力很大，而普通的眼鏡框則不能做到。

使用超彈性鎳鈦金屬絲做蜂窩狀電話天線是記憶金屬的另一個應用。過去使用不銹鋼天線，由于彎曲常常出現(xiàn)損壞問題。鎳鈦記憶金屬絲移動電話天線具有高抗破壞性，受到人們普遍歡迎。