形状记忆合金因其独特的形状记忆效应一直是各国研究的热点。近年来，美国、欧洲、日本等国家和地区在形状记忆合金的制备工艺、成分配比以及与先进制造技术的结合等方面的研究取得了显著进展。特别是以4D打印技术为代表的先进制造技术，以形状记忆合金为原料，扩大了其在软机器人、医疗器械、航空航天等领域的应用范围。

(1)中国、美国、欧洲等国家开发了多种制备形状记忆合金的新工艺，扩大了材料的应用范围。

形状记忆合金/聚合物的制备方法主要有熔融法、粉末冶金法、喷射沉积技术、4D印刷技术等。，然后是后续的成形工艺，如锻造、热挤压、轧制、拉拔、冷加工等。根据应用要求进行配置。其中，熔炼法是一种传统的金属冶金工艺。金属原材料通过电子束、电弧、等离子体、高频感应等加热。在真空空下再熔化，容易造成杂质污染、成分不均匀、能耗高等问题。，需要切割形成合金产品。粉末冶金的原理是用金属或合金粉末进行热等静压烧结，制备出具有最终形状的合金制品。

目前，中国、美国、欧洲等国家在传统熔炼法、粉末冶金法的基础上，结合3D打印等先进制造技术，开发了选择性激光熔化增材制造技术、激光粉末床融合技术、4D打印技术等新型材料制备成型技术。这些技术不仅提高了材料的成分精度、超弹性和形状记忆性能，而且扩大了合金的加工和应用范围。德克萨斯A大学(德克萨斯A & M大学，TAMU)研究人员通过激光粉末床融合技术制成了一种形状记忆合金，在室温下保持6%的拉伸超弹性，酱油在生物医学和航空航天领域有更多的应用。英国利物浦大学的研究人员通过选择性激光熔化(SLM)工艺加工NiTi合金，成型的NiTi合金样品显示出60%-80%的变形率。华南理工大学研究人员基于纳米镍颗粒改性的NiTi合金粉，通过SLM工艺获得了功能元素有序的Ni50.6Ti49.4合金，为调控NiTi合金的微观结构提供了新的策略，进一步扩大了其应用范围。华中科技大学和吉林大学的研究人员选择Cr20Ni80金属纤维和高性能聚醚醚酮(PEEK)，通过共挤4DP (CE-4DP)工艺制作了手形结构和百叶窗结构。依次给纤维通电，手指就能依次恢复。这些先进的制造技术使得形状记忆合金/聚合物在生物医学、航空航天、智能器件等领域具有更大的应用前景。

(2)中国和美国等国家使用形状记忆合金和形状记忆聚合物开发机器人部件，提高机器人性能。

形状记忆合金/聚合物因其具有形状记忆效应和超弹性而被广泛应用于机器人领域，各主要国家都加大了研究力度。新加坡国立大学和北京交通大学的研究人员开发了一种新的杆驱动软机器人(RDSR)，可以通过装配在硅管中的柔性NiTi杆在推拉方向上控制软机器人。多个推拉杆的协调控制可以使机器人向任意方向运动(多自由度)。美国西北大学的研究人员利用形状记忆合金制成微型遥控行走机器人，可以在没有液压或电力的情况下弯曲、扭动、爬行、行走、转弯和跳跃。麻省理工学院的研究人员利用NiTi合金开发了一种线性机器人。在磁力的控制下，它可以在狭窄曲折的路径中行进，未来可用于治疗动脉瘤、中风等疾病。英国赫瑞瓦特大学的研究人员使用FG-LIFT技术在基底上沉积镍、钛或铜。通过控制沉积位置和层数，在材料的特定点构建不同性质的三维微结构，使部分零件具有形状记忆效应，并将其应用于更复杂、可控的微型机器人。形状记忆合金/聚合物由于其自身的特性，在柔性机器人执行器系统、驱动系统、传感器和控制系统等领域具有巨大的应用潜力。

(3)中美利用形状记忆合金在航天领域的形状记忆效应和重量轻的特点，提高航天器的效率和稳定性。

1969年，形状记忆合金在F-16战斗机管接头应用上取得重大突破后，其在航空空航天领域的应用日益受到中美等航天大国的关注。美国国家航空航天局空和波音公司的研究人员利用形状记忆合金制造可折叠机翼。F/A-18大黄蜂战斗机的机翼上安装了一种新型NiTi-铪高温形状记忆合金扭矩管致动器，可以根据指令进行电加热和冷却，使机翼上下移动90度或精确到任意选定的位置，从而提高飞机的效率和控制能力。此外，美国宇航局还为月球和火星探测器开发了超弹性轮胎，不仅可以增加轮胎的承载能力，避免爆胎和漏气，还可以承受显著的可逆应变，适用于各种复杂地形。哈尔滨工业大学研制出形状记忆聚合物卫星展开基板。当基板的温度达到或超过玻璃化转变温度时，基板将自发地从折叠状态变形到展开状态，从而避免了展开的卡住和失败。形状记忆合金/聚合物的优良特性可以满足各国对提高航天器操纵精度、减轻航天器重量、减少航天器故障的要求。未来，各国将继续关注形状记忆合金/聚合物在航空航天领域的应用。

二、形状记忆合金的主要应用

形状记忆材料因其独特的形状记忆效应和超弹性，以及耐磨、耐腐蚀、高功率重量比和生物相容性等优越性能，被广泛应用于航空航天、汽车工业、机械电子、建筑工程、生物医学等领域。其中，镍钛基形状记忆合金以其优异的抗疲劳性能、低应力水平下的循环稳定性和优良的生物相容性成为最重要的形状记忆合金。因此，它被广泛用作医用传感器、阻尼器、夹具和植入装置、致动器等。铜基形状记忆合金的价格仅为镍钛基形状记忆合金的1/10，但其记忆效果、力学性能和耐腐蚀性能较差，其发展和应用受到一定限制。有必要在合金中加入一些微量元素来改善它的性能。铁基形状记忆合金的特点是马氏体初始转变温度接近室温，形状记忆效果相对较好，由于所用元素价格低廉，具有很大的成本优势。然而，这类合金相对较低的起始相变温度和明显的滞后现象限制了其应用范围。

(1)航空航天空领域

在[/k0/]的航空航天领域，形状记忆合金(SMA)具有形状记忆效应和重量轻的特点，可以在[/k0/]和[/k0/]之间的机构铰接和液压管路连接中降低产品的体积和质量，提高连接效率和稳定性，达到方便运输的目的。其主要应用包括飞机液压管接头、卫星解锁机构及锁紧系统、易断缺口螺栓释放机构、空桁架装配结构、固定翼飞机机翼优化、飞机推进系统混合装置、可展开天线、空铰链单元、卫星基板等。

(2)汽车工业领域

形状记忆合金具有优异的力学性能，如形状记忆效应、超弹性、耐磨性、高阻尼等。作为缓冲吸能材料应用于汽车安全领域，可有效提高汽车碰撞吸能的保护效果。同时，随着无人驾驶技术的出现，对汽车传感器和执行器的要求更加严格，形状记忆合金执行器可以替代已经使用多年的电磁执行器。其主要应用包括风扇离合器、风扇叶片控制器、自动变速器控制调节阀、恒温控制阀、执行器、车身振动抑制结构、吸能盒、超弹性轮胎、变速器补偿垫圈、阻尼阀垫圈、喷油器高压回路密封器等。

(3)生物医学领域

形状记忆合金具有优异的重复使用稳定性、耐腐蚀性、生物相容性、超弹性、低杨氏模量等特性，为许多医学问题提供了新的解决方案。目前形状记忆合金在医学领域的应用比较成熟，主要包括:内支架，包括食道、肠道、气管、胆道、尿道等非血管支架，以及裸支架、放射性支架、涂层支架、人造血管覆膜支架等血管支架；心脏封堵器；微创医疗器械，包括圈套器、篮筐、抓钳等异物取出器械，针类器械，介入内镜器械如剥离钩、牵开器、钳、柔性内窥镜、柔性抓钳、疝修补钳、胃肠吻合钳、痔切除术钳、溃疡封堵球等。介入放射学仪器，例如过滤器、封堵器、导丝、导管、远端保护装置、缝合闭合仪器和静脉瓣膜支架。骨科和脑外科材料，包括加压缝合钉、加压修复针、聚髌器、加压接骨器、环抱内固定器、螺钉、框架内固定器、髓内钉、栅栏骨套、肩部定位锚、脊柱矫形棒等。；口腔医疗材料，包括正畸钢丝、矫形弹簧、根管预备器械、扩弓矫治器、颌骨固定针、种植体等。

(4)建筑工程领域

形状记忆合金(SMA)具有超弹性、高阻尼和弹性模量随温度同步变化的特性，在建筑桥梁减震、降噪和消能减震方面具有突出的性能。在建筑材料追求结构轻量化、高级智能化和功能多样化的趋势下，形状记忆合金及其复合材料将在建筑领域发挥更大的作用。其主要应用包括阻尼耗能装置、隔震结构、泡沫复合材料、复合树脂结构等。

3.形状记忆合金研究的瓶颈及未来研究方向。

虽然许多国家在形状记忆合金的研究方面取得了很大进展，但仍存在一些问题有待解决，对形状记忆合金的研究方向和发展趋势产生了一定的影响。研究中的主要问题是:形状记忆合金本身存在损伤、裂纹等缺陷；形状记忆合金的合金种类有限；基于形状记忆合金的模型在实际工程应用中存在一些缺陷。形状记忆合金的加工制备技术仍然难以控制，制造成本高。形状记忆合金的各种功能都依赖于马氏体相变，而马氏体相变需要不断的加热、冷却、加载和卸载。而且材料变化具有滞后性，限制了合金的应用。

形状记忆合金未来的研究方向和发展趋势主要集中在形状记忆聚合物复合材料、高温形状记忆合金的研发，新系列形状记忆合金的研发，形状记忆合金成分的进一步小型化，降低形状记忆合金的制造成本，克服材料本身的缺陷。

四。结论。

形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性、高阻尼等特性，是未来智能材料的发展方向。广泛应用于汽车工业、航空航天、生物医学、建筑等领域。目前，形状记忆合金的相关技术已经比较成熟，但在实际工程应用中仍存在许多需要注意的问题，如疲劳性能和响应速度有待提高、制造成本高、控制精度有待提高、合金种类有限等。各国将继续探索形状记忆合金更多可能的配比和制备方法，以调整材料的疲劳和响应速度，消除现有的材料缺陷，降低制造成本，扩大形状记忆材料的应用范围。

美国、日本、欧盟等材料强国早已开始了形状记忆合金的研究工作，占据了形状记忆合金全球市场份额的绝大部分，并将继续保持领先地位。我国在形状记忆合金领域的研究虽然起步较晚，但进展迅速，在许多领域达到国际领先水平，尤其是在形状记忆聚合物领域。开发了具有超高力学性能的形状记忆聚合物等多种新材料，在智能家居、航空空航天、软机器人等领域具有巨大的应用潜力。未来，我国应继续加大对形状记忆材料的R&D投资，加快技术成果转化，促进形状记忆材料在制造业中的应用。

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作者简介

李伟，itei研究5室，分析师三

研究方向:新材料和先进制造领域前沿技术跟踪、产业和政策研究。

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编辑郑石

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