(3)调节器
利用形状记忆合金在加热时恢复形状的同时其恢复力可对外做功的特性, 能够制成各种驱动调节元件。此类驱动机构集感温与驱动于一体, 结构简单, 灵敏度高, 可靠性好, 一直是科研工作者的研究热点之一[9,10]。图1-4所示为汽车上使用的铜基或Ti-Ni基形状记忆合金驱动节温器[11]。汽车发动机使用效率最高的温度范围为60~80℃, 当实际温度高于此温度时, 记忆合金弹簧伸长压缩偏置弹簧, 打开循环水冷却系统;当温度较低时, 偏置弹簧力大于记忆合金弹簧力并压缩记忆合金弹簧, 关闭循环水冷却系统。形状记忆合金节温器具有寿命长、 驱动平稳等优点。
图1-4 记忆合金驱动节温器
(4)减震装置
形状记忆合金弹簧可用于振动滤波, 可通过调整弹簧位置来保留所需振型而滤掉不需要的振型[12]。将铜基或Ti-Ni基形状记忆合金埋入地基内可吸收由地震引起的建筑物的能量, 从而起到减震的作用[13]。
(5)裂纹自愈合
利用形状记忆合金对应变敏感, 电阻率大, 加热后可产生大恢复力的特点, 可将其用于裂纹的监测和控制。将铜基或Ti-Ni基形状记忆合金丝或薄膜黏贴在易产生裂纹或应力集中较大的地方, 当产生裂纹后, 形状记忆合金就会随裂纹表面张开而产生变形, 这样材料内部的电阻值就会发生变化, 通过电阻值的变化规律就可判断裂纹的宽度, 当裂纹宽度超过一定值后, 将形状记忆合金加热。由此形状记忆合金就会收缩, 产生恢复力, 该恢复力可驱动裂纹闭合。
(6)热敏控制器
形状记忆合金是一种热敏材料。按环境条件选取适当的合金, 控制其Ms、 Af及变温范围, 借助形状记忆合金的形状记忆达到控温目的。显然, 它与常见的光电、 压电、 热电等感知器的原理不同, 后者是在感知信号后输出电信号(或其他信号), 仅具有“感知”功能。形状记忆合金不仅可作为感知器, 更重要的是可兼负驱动作用, 主要应用在以下几个方面。
图1-5所示为采用铜基形状记忆合金制作的电加热水壶的手柄控制器, 柄内装有一只铜基形状记忆合金制作的弹簧。水开后, 蒸汽被吹至形状记忆合金元件上发生马氏体向奥氏体相变, 弹簧伸长带动按钮推开电触头, 达到自动切断电源的目的。同双金属片比较, 铜基形状记忆合金元件机构简单, 双金属片挠曲量相对铜基形状记忆合金要小得多。一块长50 mm、 厚1 mm的双金属片在100℃温差产生的挠度仅为2~4 mm, 而在相同条件下铜基形状记忆合金却可以得到20 mm的挠度, 因而使用后者更为灵敏可靠。
图1-5 采用铜基形状记忆合金制作的电加热水壶控制器[14]
(7)自动调节装制[15]
图1-6所示为美国和日本生产的育苗室、 温室等天窗自动控制器, 其中用铜基形状记忆合金制作的弹簧充当温度传感器和动力机构。在预定的温度, 通过铜基形状记忆合金弹簧的伸缩来开启和关闭窗户。铜基形状记忆合金还巧妙地应用于汽车的汽化器上。由Cu-Zn-Al合金制成一个简单的喷油嘴, 插入Stromberg型汽化器中, 喷嘴的尺寸可以根据燃料温度的高低而改变大小, 从而正确控制燃料的流量来补偿燃料黏度的变化所造成的损耗。图1-7所示为这种喷嘴的结构设计及测得的一些参量曲线。值得注意的是, 在燃料温度较高时, 这种喷嘴排出的CO气体减少, 这样可防止对环境的污染。类似的还有热机冷却风扇启闭器、 散热器阀门、 空调风向调节器、 电冰箱自动开关、 化学反应温度自动控制器、 干燥装置开关、 对流电子炉灶中气流调节器等。
图1-6 铜基形状记忆合金弹簧制作的天窗自动控制器
图1-7 铜基形状记忆合金汽化器喷嘴(a)及其参量曲线(b)