速動元件的製作方法
2023-09-15 09:56:20 1
專利名稱:速動元件的製作方法
本發明是一種涉及化工和電器方面的控制元件。
對於化工和電器的控制元件，通常情況下，在化工或發動機供油管道的控制中採用閥門，閥門結構較複雜，動作較慢，且由於經常磨擦而易於損壞;在電器控制上採用彈簧和雙金屬元件，它們存在回復力較小和使用壽命不長等缺點。自從形狀記憶效應被發現以後，人們就利用形狀記憶合金能「記住」它在高溫相或低溫相時形狀的特性而製作成各種控制元件，當溫度在形狀記憶合金的相變溫度範圍內變化時，元件能隨著溫度的變化改變其形狀，以達到輸出信號(包括動作)或控制開關的目的。形狀記憶合金元件具有優異的形狀記憶性能和熱疲勞特性，但由於以往的形狀記憶合金元件動作緩慢和用材量較多的問題〔宮達高，《上海金屬》(有色分冊)，1984，NO.5，P24〕，因而其應用受到一定的限制。
本發明的目的是設計並製作出一種本身具有速動特性的單程或雙程鎳鈦形狀記憶合金元件，以增大元件的比熱推力，來降低元件的用材量，使其具有廣泛的應用前景。本發明是利用應力誘導速動相變的原理來實現速動型形狀記憶合金元件的設計和製作，利用儲能作用的圓形或橢圓形元件周邊所具有的約束力來改變形狀記憶合金熱彈性馬氏體相變的溫度和速度。在變溫過程中，當高溫相轉變為低溫相(或低溫相轉變為高溫相)的相變驅動力足以克服周邊的約束力時，元件突然動作以達到該溫度時的穩定狀態，改變溫度變化的方向，過程朝相反方向進行。因此，隨著溫度的升降，速動元件依「雙穩態」的要求改變形狀並迅速輸出動作。根據製作工藝上的不同，既可以做成控溫用的雙程形狀記憶速動元件，也可以做成高溫端限定(限制溫度不得超過此溫度值)的單程速動元件或在低溫端限定(限制溫度不得低於此溫度值)的單程速動元件。高溫端限定元件適用作電熱電器中的超溫保護限溫器或化工中的限溫載流器(當溫度達到此限定值時，元件速動切斷電源以保護電器或關閉閥門以保護化工反應設備)低溫端限定元件適宜作環境過冷時的報警器、電源啟動器或化工管道的閥門;而雙程記憶元件除可用於溫度控制，閥門控制外，還可用作武器中的快速擊發和快速分離裝置。
本速動元件以鎳鈦形狀記憶合金為材料，製作成如圖所示的形狀，圖1為正視圖，圖2為側視圖，其中〔1〕為固定端耳，〔2〕為速動主體。速動主體〔2〕可做成圓形凸狀或橢圓凸狀，其中D為元件的直徑(或橢圓的短軸)，d為元件的厚度，h為凸面高度，當d值較小時可採用較小的D值，以達到元件的微型化。一般情況下，元件的直徑D(或橢圓的短軸)≥8毫米，厚度d應大於0.1毫米，凸面高度h應大於0.3毫米。固定端耳也可以做成裙邊形狀或在某些情況下略去。
本發明的速動元件的製作工藝如下1.雙程速動元件a 採用含鎳量為50.5～51.5%原子比的鎳鈦合金薄帶或板材為材料;
b 把鎳鈦合金衝製成圓形凸狀或橢圓凸狀;
c 在真空條件下，於700～850℃溫度範圍保溫0.5～3小時對已成形的元件進行固溶處理，再將元件淬火;
d 經固溶處理和淬火後的元件，再置於400～600℃的真空中保溫0.2～2小時進行定形處理後，將元件再淬火。
這種雙程速動元件具有如下特性a)變溫時的動作溫度範圍為-15℃～95℃，熱滯為5～10℃;
b)雙程動作的時間≤1毫秒;
c)熱疲勞壽命＞＞10萬次。
這種雙程速動元件可作為控溫熱敏電開關或化學反應、化工的熱敏控流閥門，快速擊發和快速分離裝置。
2.高溫端限定的單程速動元件a 採用含鎳量為50.0～51.5%原子比的鎳鈦合金薄帶或板材為材料;
b 把鎳鈦合金用衝制辦法，加工成圓凸狀或橢圓凸狀;
c 將已成形的元件置於700～800℃的真空條件下保溫0.5～3小時，對元件進行固溶處理，然後淬火;
d 把元件於400～600℃的真空中保溫0.2～2小時，對元件進行定形處理後，再淬火。
這種高溫端限定的單程速動元件具有如下的特性a)高溫端動作的限定溫度範圍及精度為30±1℃～120±3℃;
b)動作時間＜1毫秒;
c)不出現低溫端自復位的使用壽命＞2萬次。
這種高溫端限定的單程速動元件的特點是，當溫度升至限定值時，速動元件迅速改變其形狀而輸出動作並控制電開關或閥門，降溫時它不會自動復位，只有在排除故障後通過手動復位才能再次升溫時起限溫作用，故具有高度的安全性。它適宜於作手復位限溫器、限流器等熱敏電開關、閥門，以及手復位快速擊發和快速分離裝置。
3.低溫端限定的單程速動元件a 採用含鎳量為50.0～51.5%原子比的鎳鈦合金薄帶或板材為材料;
b 用衝制方法把鎳鈦合金加工成圓形凸狀或橢圓凸狀;
c 在真空條件下於700～850℃溫度保溫0.5～3小時，對已成形元件進行固溶處理後，淬火或空冷;
d 在400～600℃真空中保溫0.2～2小時，對元件進行定形處理後，空冷或淬火。
這種低溫端限定的單程速動元件的特性如下a)低溫端動作的限定溫度為-20℃～25℃;
b)動作時間＜1毫秒;
c)不出現高溫端自復位的使用壽命＞2萬次。
本發明的實施例如下一 雙程速動元件第一種、採用Ni51Ti49合金為材料，元件為圓形凸狀，D為12毫米，d為0.2毫米，h為0.5～0.7毫米。固溶處理為800℃在真空中保溫2小時後冰水淬，定形處理為500℃真空中保溫1小時後空冷。其雙程溫度範圍為57～52℃，動作時間＜1毫秒，使用壽命＞10萬次。
第二種、採用Ni51Ti49合金為材料，元件為圓形凸狀，D為12毫米，d為0.2毫米，h為0.5～0.6毫米。固溶處理為800℃真空中保溫1小時後冰水淬，定形處理為500℃真空中保溫1小時後水淬。其雙程溫度範圍為20～13℃，動作時間＜1毫秒，使用壽命＞10萬次。
二、高溫端限定的單程速動元件第一種、採用Ni51Ti49合金為材料，元件為圓形凸狀，D為12毫米，d為0.2毫米，h為0.7毫米。固溶處理為真空中800℃保溫2小時後冰水淬，定形處理為500℃真空保溫1小時。元件高溫端限溫為85±2℃，動作時間＜1毫秒，不出現低溫端自復位使用壽命＞2萬次。
第二種、採用Ni51Ti49合金為材料，元件為圓形凸狀，D為12毫米，d為0.2毫米，h為0.6毫米。固溶處理為真空中800℃保溫2小時後水淬，定形處理為真空中500℃保溫1小時後水淬。元件高溫端限溫為60±1.5℃，動作時間＜1毫秒，不出現低溫端自復位使用壽命＞2萬次。
三、低溫端限定的單程速動元件第一種、採用Ni51Ti49合金為材料，元件為圓形凸狀，D為12毫米，d為0.15毫米，h為0.4毫米。固溶處理為真空中800℃保溫2小時後冰水淬，定形處理為真空中500℃保溫1小時。元件低溫端限溫為22℃，動作時間＜1毫秒，不出現高溫端自復位的使用壽命＞2萬次。
第二種、採用Ni51Ti49合金為材料，元件為圓形凸狀，D為12毫米，d為0.15毫米，h為0.7毫米。固溶處理為真空800℃保溫2小時後冰水淬，定形處理為真空中500℃保溫1小時後爐冷。元件低溫端限溫為-5℃，動作時間＜1毫秒，不出現高溫端自復位的使用壽命＞2萬次。
本發明的單、雙程鎳鈦記憶合金速動元件的特點為1)使用壽命長，單程速動元件不會由於熱循環和手動復位而出現雙程形狀記憶效應;2)本發明採用的定形淬火製作工藝簡單，無需傳統的SME及SIM多次熱處理和變形的訓練工藝;3)元件工作範圍寬，從-20℃至120℃，特別是-20℃～60℃之間的優異性能克服了雙金屬元件在這溫度範圍內靈敏度低的缺點;4)由於鎳鈦合金優異的抗化學腐蝕性能，本發明的元件特別適用於化工管道的控溫、節流或截流閥門;5)本元件的比熱推力大(可達1噸力/公斤)，適用於快速擊發和分離裝置的動作元件。
權利要求
1.一種速動元件，其特徵是升降溫的雙程元件及高溫端限定的和低溫端限定的元件採用鎳鈦形狀記憶合金製成，元件主要為圓形凸狀(或橢圓凸狀)主體[2]，也可在上述形狀上帶固定端耳[1]，元件的直徑D≥8毫米，元件的厚度d＞0.1毫米，凸面高度h＞0.3毫米。
2.權利要求
1所述的元件，其特徵是升降溫的雙程速動元件採用含鎳量為50.5～51.5原子百分比的鎳鈦合金薄帶(或板材)為材料，它的製作工藝為a 用衝製成形的方法加工成所需的形狀;b 在真空中將成形了的元件於700～850℃保溫0.5～3小時，進行固溶處理後淬火;c 再置於400～600℃真空中進行0.2～2小時定形後淬火。
3.權利要求
1所述的元件，其特徵是高溫端限定的單程速動元件採用含鎳量為50～51.5原子百分比的鎳鈦合金薄帶(或板材)為材料，它的製作工藝為a 用衝製成形的方法加工成所需的形狀;b 在真空中將成形了的元件於700～800℃保溫0.5～3小時固溶處理後淬火;c 再置於400～600℃真空中進行0.2～2小時定形處理後淬火。
4.權利要求
1所述的元件，其特徵是低溫端限定的單程速動元件採用含鎳量為50～51.5原子百分比的鎳鈦合金薄帶(或板材)為材料，它的製作工藝為a 用衝製成形的方法加工成所需的形狀;b 在真空中將成形了的元件於700～800℃保溫0.5～3小時進行固溶處理後淬火;c 再置於400～600℃真空中保溫0.2～2小時定形處理後淬火。
專利摘要
本發明是一種涉及化工和電器的控制元件。本發明的升降溫雙程速動元件及高溫端限定和低溫端限定的單程速動元件用鎳鈦形狀記憶合金為材料，元件為圓形凸狀或橢圓凸狀，採用定形淬火工藝，製作簡單方便，可微型化，元件的比熱推力大，動作迅速，工作溫度範圍寬，適用於作為熱敏電控元件，抗化學腐蝕的化工管道的控溫、節流或截流閥門，快速擊發和快速分離裝置的動作元件。
文檔編號F03G7/06GK87102326SQ87102326
公開日1988年12月21日 申請日期1987年3月24日
發明者張進修, 羅來忠, 林光明 申請人:中山大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan