热弹性马氏体 发表评论(0) 编辑词条

在上个转贴中提到了用热弹性马氏体构造的温差发电机，其中主要的做功介质是用热弹性马氏体材料制作的，利用的是热弹性马氏体可以在不同的温度下作往复可逆的相变而出现的形状改变，从而推动机器旋转发电。显然，这里的做功介质，就是一种记忆合金。

马氏体型相变是发生在巨大温度差（专业术语叫“过冷度”）的情况下的一种固态相变形式。由于过冷度的巨大，金属的高温相与低温相（两种相具有不同的晶格类型。例如铁的高温相是具有面心立方的奥氏体；而低温相是体心立方的珠光体）之间的自由能差具有很大的梯度。在巨大的自由能差驱动下，加上转变温度已经被急速冷却到了很低的温度，因此原子发生正常热扩散的可能性大大恶化而难以进行了。因此此时，金属中发生的晶格类型转变将采用一种更为低阻抗的形式——共格切变型转变。这种以切变方式形成的转变过程和最终的组织形态就就马氏体型相变。

从拓扑学上知，晶格类型要想从面心立方转变为体心立方其实只需晶胞中的原子作短距离的整齐一致的切动即可。即，原子无需作长距离的扩散运动，只需稍稍改变一点点位置（大范围的众多原子的整齐划一移动）就可以完成晶格类型的转变。这种情况与某些塑性较差的金属（例如锌）在受到冲击载荷时来不及以位错滑移的方式塑变，而会代以孪生的方式塑变一样。锌的孪生变形方式就是一种共格切变的变形方式。由此也可以看出，金属受到巨大力差的作用和受到巨大温差的作用，甚至可以表现出相同的变形行为，这确实是十分有趣的。

一般而言，铁基的马氏体相变会引起金属体积大的变化，因此铁基马氏体一般是不可逆型的马氏体转变，是无法用于制造记忆元件的。但在一些镍基金属中，由于两相之间的体积差不大，同时这种镍基马氏体具有良好的与冷却温度同步的特点——从显微镜中能观察到马氏体片随着温度的变化同步伸长或缩短。同时，与铁基马氏体不同，这种马氏体随温度上升或下降转变曲线基本上是重合的，这就说明，它的正、逆向转变造成的内耗是很小的，也就是说转变中会变成热效应而散发到环境中去的由功转成的热量是极小的。因此，根据这种马氏体转变百分数（逆转变亦然）可以随温度变化而同步变化的特征，称这种马氏体为“热弹性马氏体”。它们是记忆合金的基础。在奥氏体时发生了的塑性变形会在其后的变为马氏体时完全被修复——零件形状发生了改变。反之，由于转变与温度能同步的特点，再向奥氏体转变时又能恢复到原来的塑性变形了的情况——零件记忆住了原来的形状。不难想象，这是一种自然物质中极为少见的、热力学上讲的“可逆变化”在实例中的展现。因此用它来造出“类永动机”是毫不奇怪的。