李佳萱

（南京林业大学，江苏 南京 210037）

1 镍合金的基本性能

（1）记忆形状性：在一定条件下，对材料进行一定限度以内的形变，再对材料作用一定的外界条件后，材料原来的形变消失恢复到原形状同时产生巨大回复力的现象。对于钛镍合金的记忆形状特性可以分为以下三种类型：①单程形状记忆效应：在高温时，使钛镍合金受力变形到一定形状，低温时可以使其受力变形到任意形状，恢复到高温时，可以使其重新变为高温相的形状，但是再到低温时恢复不到低温相所有的形状。②双称形状记忆效应：加热时可以变为高温相的形状，降温时可以变为低温相的形状，可以用过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象。③全程形状记忆效应：加热时可以变为高温相的形状，降温时变为与高温相形状相同而取向相反的形状，这种效应只能再钛镍合金种出现。

图1 记忆效应解释图

钛镍合金是通过热弹性马氏体相变而呈现形状记忆特性的。是在温度的作用下，材料内部热弹性马氏体形成变化，消失的相变过程的宏观表现[1]。

图2 形状记忆合金晶体结构变化模型

（2）超弹性：在AF温度以上时，产生了热弹性马氏体相变的形状记忆合金在应力作用下才能稳定存在，但是如果应力解除，就会产生形变，变成最初的形态，在应力状态下产生的宏观变形也随着逆相变的消失而完全消失，应力与应变的关系是非常明显的非线性，这种非线性弹性和相变密切相关，即超弹性。

图3 形状记忆合金发生超弹性形变的应力应变曲线

国产的钛镍合金对温度敏感，其应力应变曲线随着温度的升高而增强，并且其在AS～AF之间都有超弹性。

（3）抗腐蚀性：合金元素在镍中有比较大的固溶度，在镍基体可溶入更多且有耐腐蚀特性的Cr、Mo、Cu、Ti 等合金元素，它们所组成的镍基合金具有较好的耐腐蚀性[2]。

（4）生物相容性：生物相容性是指植入的材料是否会造成组织反应。而良好的生物相容性就不会引起过敏反应，不会与人体发生任何有害与人体的反应。已知元素镍虽然有剧毒有致癌的作用，长期接触可能会引起鼻窦炎、贫血等症状。但是钛及其化合物有良好的生物相容性和力学性能，钛在表层充当了一种屏障，在表面层的包围在材料周围使钛镍合金抑制镍的释放。使得钛镍合金具有了较好的生物相容性。

（5）柔和的矫治力。

（6）良好的减震热性。

2 镍合金的广泛应用

应用范围广：在医学方面的应用：从钛镍合金被发现可以应用于医学领域以来，已经被广泛应用于如人体仿生陪、心血管材料、骨科内植物、外科和牙科器械口等临床使用。现简要针对目前普遍应用于肋骨接骨板治疗多发肋骨骨折以及最普遍应用在牙科临床治疗的钛镍合金进行介绍。

首先是应用于肋骨接骨板治疗多发肋骨骨折的钛镍合金。在低温下，钛镍合金可以塑性形变到任意形状，常温下可以恢复到原有的记忆形状。即前文所介绍的形状记忆效应。钛镍合金的自动握爪能力可保持骨折端稳定。因为钛镍合金可以制作成具有自加压作用的装置，可使每次每个位置用力相对恒定且保持一致，不仅可为骨折痊愈提供动力力学条件，还可避免人体运动的影响，导致定变形松动。而针对常见的胸部创伤—肋骨骨折，以及多发肋骨骨折（2 根及以上肋骨骨折）（会造成连枷胸，在吸气时胸腔属于负压，胸壁会塌陷，而在呼气时胸腔压力升高，胸壁行突出的状态。有的时候还会出现血液回流的症状，造成循环功能的紊乱，甚至导致休克加重[3]。连枷胸和胸痛和胸廓的稳定性破坏更严重时，会导致呼吸功能衰竭，而咳嗽无力、肺活量下降、残疾量减少，都是多发肋骨骨折的临床表现。肺的顺应性下降或者潮气量降低，同时也会伴有呼吸困难或者低氧血症。）钛镍合金肋骨接骨板具有良好的抗扭转能力，并且其生物相容性较好。将钛镍合金和电视胸腔镜技术相结合，可以确定骨折数量以及其具体位置，而且在电视胸腔镜辅助下钛镍合金肋骨接骨板内固定治疗多发肋骨骨折患者，各种综合症状要比之前的要轻要少，有利于术后恢复以及减轻术后的恢复。并且可以有效改善术后患者的呼吸功能[4]。

为了矫正牙领畸形需要在口腔内戴入牙齿矫正器。用牙齿矫正器对牙齿施加一定的力的作用，促使错位的牙齿或领骨向正常的或者想要的方向发展，以达到牙齿整形的目的。Miura F等对镍钛推簧的研究发现镍钛推簧能在一个较宽的形变范闱内产生较为柔和适合牙齿生 理移动的矫治力。镍钛推簧产生的力值与制作弹簧的弓丝直径成正比，与弹簧的圈经成反比，所产生的合力具有一定的柔和性[5]。镍钛推簧和镍钛拉簧结合使用可以减少邻牙的旋转与倾斜。镍钛推簧置于舌侧制作的推磨牙远移矫治器与互斥磁力矫治器推磨牙远移的效果进行比较．发现舌侧用镍钛推簧的远移磨牙矫治器是治疗上更好的选择[6]。它更有效地防止l 磨牙远中倾斜，有效促进了磨牙整体移动。在治疗的过程中加力一次就可以使推磨牙远移并且有持续。镍钛推簧在前牙拥挤开拓问隙排齐，以及推磨牙远移等方面显示出其独特的优越性。因而在临床中得到了较广泛的应用。

在航天航空方面的应用：钛镍合金足够高的结合力使其有能力抵抗外界的冲击力，因此在航天航空行业有非常高的应用频率。其表面硬度为提高抗咬合、抗划伤能力提供了强有力的基础，并且可以改善航空航天材料中抗切割划伤的能力不高的问题。即钛镍合金不但具有较好的结合力，并且其表面性能很高[7]。航空航天工业的快速发展后，钛合金材料在航空航天方面就开始了深入应用。道格拉斯DC-7 飞机是钛镍合金首次被应用在发动机舱和隔热板的设计中。之后的首个高空高速战略侦察机SR-71“黑鸟”成功起飞，它被称为“全钛”。钛合金的用量是衡量飞机选材先进程度和航空工业发展水平的一项重要指标，与飞机作战能力密切相关。

3 与高分子材料结合应用的未来展望

高分子材料也称为聚合物材料，是由高分子化合物和其他添加剂所构成的材料，其中高分子材料为基体。目前已普遍应用于建筑、交通运输、农业、电气电子工业等国民经济主要领域和人们日常生活中，比如高分子聚合材料苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂，是目前国防、尖端行业不可缺少的材料。因此若能将钛镍合金和高分子材料有效的结合起来有助于性能的提高与优化。目前已知将两者有效的结合方法是使用连接技术使两者有效结合。而激光焊接是一种可行的更佳的塑料焊接方法。目前可以实现聚丙烯的激光焊接，并且其优化结果接近母材色度，焊缝没有卷边和气孔，其焊缝拉伸强度可以达到21MPa，为母材强度的89%[8]。所以将高分子材料与合金材料结合应用是值得我们研究的一个方向。