形状记忆合金 （ Shape Memory Alloys ， 简称SMA ）是具有形状记忆效应（ Shape Memory Effect ，简称 SME ）、超弹性（ Superelasticity ，简称 SE ）和髙阻尼性的功能材料。 该合金可感知温度变化并能将热能转换成机械能，对外输出力、位移或储存并释放能量。 经过多年的开发与应用研究， SMA 及其应用得到了长足发展。 本文旨在论述 SMA 及其应用研究进展，并探讨其今后的发展方向。
1 SMA 的发展
自 Olander 于 1932 年在 Au-Cd 合金中首次发现 SME 以来， 经过 80 多年的研发， SMA 已发展成为普通 SMA 、 高温 SMA 、 磁性 SMA 和复合 SMA等 4 大类 100 多种（见表 1 ）。
1.1 普通 SMA
普通 SMA 主要包括 Ni-Ti 基、 Cu 基、 Fe 基、 Ag基、 Au 基、 Co 基 SMA 等，其中， Ni-Ti 基 SMA 性能最好，应用最广。
Ti-Ni 基 SMA 因其优异的性能在不同领域得到了广泛应用，但其存在相变温度较低、对成分敏感等不足，这一方面使其在高温领域的应用受到限制，另一方面在工业生产中准确控制相变温度较难，成本较高。因此，通过添加其他元素进一步改善性能并降低成本是研究方向之一，目前已取得了很大进展。
在 Ti-Ni SMA 中添加 Cr 、 V 可大大改善其超弹性，添加 Cu 、 V 、 Al 、 Cr 、 Zr 和微量 Ca 可大大改善其韧性、加工性和切削性，在 Ti-Ni-Cu 系合金中添加 B 、Si 、 P 、 S 、 RE ，可获得高恢复率 SMA。 日本住友电气工业公司在 Ti-Ni 合金中添加 Cu 、 Al 、 Zr 、 V 、 Co 、Fe 后，经表面处理后拉丝，即可制得色彩漂亮的形状记忆合金丝，以满足对其装饰性的要求。 Ti-Ni-Nb和 Ti-Ni-Ta 是宽滞后型 SMA ，其热滞宽（ 130~150℃ ），在连接件、 紧固件及密封件等工业领域应用广泛。
Ti-Ni 基形状记忆合金由于其良好的生物相容性在医疗器械领域也有所应用。 研究表明 ，将 Ag 离子注入 TiNi 合金表面制备 Ti-Ni-Ag 改性层， 可提高合金的耐腐蚀性能， 这将会进一步促使 Ti-Ni 基合金在医疗上的使用。
1.2 高温 SMA
前述 Ti-Ni 基、 Cu 基和 Fe 基等 SMA 的相变温度较低， 不适用于制作工作温度超过 150 ℃ 的元件。 在许多情况下，如火箭发动机、卫星发射塔、防火装置、汽车发动机及电流过载保护的记忆元件的工作温度往往都超过 100 ℃ ， 在核反应堆工程中，记忆热动元件的动作温度高达 600 ℃ 。 所以从 20世纪 90 年代开始，人们又展开了对高温 SMA 的研究。 如表 2 所示，形成了以 Ni-Ti 合金为基础发展起来的 Ni-Ti-Y （ Y=Hf ， Pd ， Pt ， Au ）合金，使用温度随 Y 含量增加而增高， Ms 最高可达 1 040 ℃ ；以Cu-Al-Ni 为基础发展起来的 Cu-Al-Ni-Mn-X （ X=Ti ，B ， V ）合金， Ms 约 200 ℃ ；在 Ni-Al 金属间化合物基础上发展起来的 Ni-Al-Z （ Z=Fe ， Mn ， B ）合金， Ms 在480 ℃ 以上，以及回复温度在 1 000 ℃ 以上的 Ru-Ta（ Nb ）形状记忆合金等。
应指出的是， 大多数高温 SMA 塑性和抗疲劳性能差， 制造成本较高。 目前， 只有 Ti-Ni-Pd ，Ti-Ni-Pt ， Ni-Ti-Hf ， Ni-Ti-Zr 和 Cu-Al-Ni-Mn 合金有望用于 100 ~300 ℃ 场合，其他合金的性能有待进一步改善。
1.3 磁性 SMA
磁性 SMA （ MSMA ）又称铁磁 SMA （ FSMA ），其驱动靠磁场传输而不是靠相对缓慢的传热机理，故可用于制作高频（达 1 kHz ）驱动器。 MSMA 的应变速率可与磁致伸缩和压电元件媲美， 应变与 SMA相近， MSMA 亦可提供与 SMA 相同的比功率，但传输频率更高。
MSMA 的最大应变是巨磁致伸缩Tb-Dy-2Fe 合金的 32 倍， 因此， MSMA 适合填补形状记忆合金和磁致伸缩材料之间的技术空缺， 适用于低应力大位移的马达和阀门场合。
应指出的是， MSMA 硬而脆，难成形，仅适用于低温场合，不适合于高温度大应力场合。 为了改善该材料的特性，今后需继续加强研究，以更好地理解 Ni-Mn-Ga, Fe-Pd 和 Ni-Mn-Al 等 MSMA 的本构行为。
1.4 复合 SMA
SMA 集感知和驱动于一体，通过改变环境温度来实现对外作功，故可制作智能驱动器和减振器，也可实现对材料损伤的主动监控。 将 Ti-Ni 合金丝置于铝合金、 镁合金和高分子等材料中使复合材料具有升温自增强、 抑制裂纹扩展、 减振降噪等智能属性，一直是智能材料的一个研究热点，但是由于复合材料的各复合组员间界面比表面积小，且结合强度较低，在外力作用下容易开脱。 Furuya 等将Ti-Ni 基 SMA 丝或颗粒复合在 Al 等金属或高分子材料中制成环境应答型智能复合材料，当环境温度变化时， 不仅可明显改善力学性能或阻尼性能，而且 Ti-Ni 合金具有应变能力， 能自行削弱基体应力集中，抑制基体裂纹扩展，或对外输出力或位移以作功。 Paine 等将 Ti-Ni SMA 丝编成网状贴于高分子材料表面，可明显提高冲击韧度。 因为表面贴有Ti-Ni 丝的复合材料在受冲过程中因诱发 M 相变而消耗了大量冲击能，同时 Ti-Ni SMA 具有载荷传递性， 可使冲击能量均匀分布到整个复合材料中，导致冲击后的塑变量很小。
