至今,發現具有“記憶”形狀能力的合金已達80種,有些已在某些領域獲得實際應用。例如,通常的鉚接必須從一邊插入鉚釘,在另一邊用氣錘將鉚釘的頭錘扁。但是,遇到封閉的容器或開口狹窄的容器,你根本無法深入到容器裏去作業,這時可用“記憶合金”事前做成兩頭都是扁的鉚釘,在低溫下把一端的扁頭硬壓成插孔大小的圓柱狀。鉚接時,隻要從低溫箱中將鉚釘取出,迅速插入被鉚容器的插孔內,再把鉚釘加熱到變態溫度以上,原先被壓圓的一端便自動回複成扁形,這樣就把容器牢固地鉚緊了。用記憶合金接合斷骨也很有發展前途。用金屬材料接合斷骨時,必須把它的兩端在插入接孔後再彎成勾形,以防脫落。這一過程與訂書釘將紙訂合在一起很相似。可是這種操作會給病人增加很多痛苦。有了記憶合金後這個難題就迎刃而解了。事先在室溫下將合金板製成兩端都是倒勾形的,在低溫下將其拉直成形(就像訂書釘一樣),再將冷凍的形合金接到斷骨兩端,合金受體溫加熱後立即恢複原狀,從而把斷骨牢牢接合在一起。

金屬乎?塑料乎?

誰都知道,金屬比塑料堅固,但金屬的加工成型卻沒有塑料那麼容易。例如,用衝壓法加工鋁材長筒形容器,在衝壓成型後不可避免地會出現“耳朵形”的缺口。為了使它達到設計要求,必須再進行幾道工序的機械加工,這就大大增加了成本,有什麼東西既有金屬的堅固性,又有塑料的可塑性呢?科學家們終於發現了在一定溫度下呈現超塑性的合金。

金屬材料多少都有些塑性。通常用延伸率來表示其塑性,即用金屬材料在拉斷時的增長量同原來長度之比的百分率來表示。一般黑色金屬的延伸率為40%左右,有色金屬也不超過60%。而具有超塑性能的合金,在一定溫度下一般都能達到100%以上,有的甚至達到1000%~2000%。例如,一種鋅-銅-鋁合金板材,在慢速彎曲時,即使彎曲到180°,亦即將板材彎到兩麵重疊的程度,它也不會斷裂。

現在已知道合金的超塑性有兩大類:一種稱為微細晶粒超塑性;另一種稱為相變超塑性。無論哪一種超塑性都必須在一定的變形度和一定的變形速度下才會產生。例如,錫-鉍共晶合金在20℃時的最大延伸率可達1950%,鈷-10%鋁合金在1200℃時的最大延伸率可達850%,普通的低合金鋼在800~900℃時也可達400%。

利用合金的超塑性可以輕而易舉像塑料一樣地進行零件的成型加工。例如,衝壓加工長筒形容器時,用一般金屬進行一次深衝成型,所獲得的最大筒深(H)和直徑(d)之比約為075,而用超塑合金成型時H/d可達11,為普通金屬的14倍多,而且衝出的長筒容器不會出現耳朵狀缺陷。它的製成品的顯微組織均勻致密,各個方向的機械強度和抗疲勞性能都很好。最大的優點是可以大大節約金屬材料。例如,生產一隻68千克的鎳盤燃氣機盤,用通常的鍛造加工,所需的坯錠重達204千克,而用超塑合金鍛造,坯錠隻要725千克就足夠了。每隻節約材料130千克以上,實在是個巨大的數字。

鐵板燒

吃過“鐵板燒”的人都看到過生牛肉絲倒在滾燙的鐵板上“哧”“哧”作響的情景,但是,幾乎沒有人想到這裏麵還有什麼學問可以研究。二百多年前德國物理學家萊頓弗羅斯特倒是對類似的現象進行過一番研究,1756年他發表一篇論文論述了水滴在高溫表麵上所發生的奇怪現象。

一隻鐵勺子在爐火上燒得通紅,將小水滴落到勺裏會發生什麼現象?根據日常經驗人們都會這樣回答:小水滴落到鐵勺表麵就立即被汽化了,表麵溫度越高水滴被汽化得越快。可是,萊頓弗羅斯特仔細觀察了這個過程,發現實際情況並非如此。當第一滴小水滴落到鐵勺表麵時,它的汽化過程竟然長達30秒鍾。而第二滴的汽化隻延續10秒,以後落下去的水滴隻保留1~2秒就被汽化了。究竟是什麼原因造成這種“萊頓弗羅斯特現象”?這位物理學家當時也作出了正確的解釋。很遺憾,他的論文發表後長期不為人們所重視,直到1956年論文翻譯成英文後,才引起眾多業餘科學家的興趣。其中有一位美國中學生羅克薩爾,1978年,他以《當液滴落到灼熱表麵彈起時發生的萊頓弗羅斯特現象的理論》的論文,獲得了美國第37屆科學人才選拔賽第八名。