具有反常記憶效應鈦鎳彈簧及製備的製作方法
2023-07-08 23:34:26 1
專利名稱：具有反常記憶效應鈦鎳彈簧及製備的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有反常記憶效應這種新性能的鈦鎳合金彈簧及製備方法。
形狀記憶合金是七十年代以來開發的一種新型功能材料，目前已在航天、醫療及日常生活用品等各領域得到廣泛應用，其中鈦鎳合金是開發最成熟的記憶合金材料，鈦鎳合金彈簧是使用最廣泛的一種記憶合金元件。
形狀記憶合金是熱彈性馬氏體材料。鈦鎳記憶合金其高溫母相是奧氏體相，低溫為馬氏體相，相變過程受力和溫度的制約。在不受外力的自由狀態，對鈦鎳合金加熱升溫，在記為Aa的溫度奧氏體開始出現，隨溫度繼續升高，馬氏體所佔體積越來越少，奧氏體越來越多，至馬氏體相全部轉變為奧氏體相的溫度，通常記為Af。相反，從高溫降溫過程中，在馬氏體開始出現的溫度為Ma，隨溫度不斷降低，奧氏體體積越來越少，馬氏體越來越多，在奧氏體全部轉變為馬氏體的溫度，通常記為Mf。
形狀記憶合金可以顯示超彈性和形狀記憶效應，這裡的記憶效應是指單向記憶效應。如對伸長彈簧受熱升溫到Af以上(不受外力)，彈簧可回復其在高溫母相的軸向長度，即使降低溫度彈簧長度也不改變。
人們還製備了具有雙向記憶效應的鈦鎳彈簧，即當彈簧升溫至Af以上，彈簧回復其在母相的長度，當彈簧降溫至Mf以下時，又可自發地不需用外力便自動縮短其軸向長度，即隨著升溫、降溫，可分別顯示其在奧氏體和馬氏體態的不同長度。
本發明目的在於，提供一種具有完全不同於上述記憶效應的反常記憶效應的鈦鎳彈簧及其製備方法。
本發明所稱″反常記憶效應″是指當鈦鎳彈簧升溫至Af以上時，彈簧回復其在高溫奧氏體相的軸向長度，當彈簧降溫至Mf溫度以下時，彈簧的長度並不象具有單向記憶效應那樣不變，也不是象具有雙向記憶效應那樣自發地縮短，而是反常地自發地伸長，這種反常地伸長，在液氮溫度77K時也能觀察到。這種反常的記憶效應行為迄今為止國內外未見報導。
本發明方法用相對伸長改變ε(％)表徵鈦鎳彈簧的記憶效應ε＝(Lo-LN)/Lo其中Lo是在Af溫度以上彈簧熱回復後的長度，LN是在低於Mf溫度的彈簧長度。根據實驗得出，在鈦鎳彈簧的雙向和反常記憶效應中，Lo沒有發現改變，據上述公式可得出ε＝0表示鈦鎳彈簧具有單向記憶效應；ε＞0表示彈簧具有雙向記憶效應；ε＜0表示彈簧具有反常記憶效應。
下面詳細敘述本發明方法。
1.設計彈簧參數，加工彈簧模彈簧的參數主要有(1)彈性係數D/d，其中D為彈簧平均圈徑大小，d為鈦鎳線徑。
(2)彈簧工作圈數和總圈數。
(3)彈簧節距大小。
據此加工彈簧模。
2.熱處理將鈦鎳(TiNi)絲材繞到彈簧模上，兩端固定在彈簧模上，然後進行熱處理，對富鎳的鈦鎳合金線，其組成範圍為Ti-(50-52)at％Ni首先固溶處理，700℃--850℃，保溫0.5-2小時，接著室溫水淬或空冷；再進行時效處理在350℃-600℃，保溫0.5-2小時，接著室溫水淬或空冷。
3.訓練處理將鈦鎳(TiNi)彈簧從彈簧模上取下，把鈦鎳彈簧放入高於Af的熱水中，待彈簧完全熱回復後，在鈦鎳彈簧兩端用力沿軸向壓縮鈦鎳彈簧至最短，保持其壓縮狀態，把鈦鎳彈簧移入低於Mf溫度的冷水中。待彈簧完全變軟時把外力撤除，將鈦鎳彈簧再次放入溫度高於Af的熱水中，彈簧完全熱回復伸長後在彈簧兩端用力沿軸向壓縮至最短，保持其最短狀態，移入低於Mf溫度的冷水中，如此循環訓練20-30次，便可得到具有反常記憶行為的鈦鎳彈簧。
反常記憶效應給形狀記憶合金相變理論提出了新課題，將對材料科學理論的發展產生一定的影響。本發明具有反常記憶效應的鈦鎳彈簧及其製備，將拓寬形狀記憶合金的應用範圍，在工業和技術領域都將有廣闊的應用前景。
實施例所用鈦鎳線的名義化學組成為Ti-50.86at％Ni，線徑φ0.7毫米。
彈簧設計參數彈性係數D/d＝10；工作圈數是5，總圈數是7，彈簧節距5毫米，據此製做模具，再進行固溶處理700℃，保溫1小時後空冷，時效處理500℃，保溫1小時後爐冷至350℃空冷。
經上述熱處理後的鈦鎳彈簧已初步具有反常記憶行為ε＝-8％，再進行訓練處理把鈦鎳彈簧放入高於Af溫度的熱水中，在鈦鎳彈簧兩端用力沿軸向壓縮鈦鎳彈簧至最短，保持其壓縮狀態，並將其放入低於Mf溫度的冷水中，如此反覆訓練15次後，鈦鎳彈簧的反常記憶效應ε＝-33％。
權利要求
1.一種具有反常記憶效應鈦鎳彈簧的製備方法，其特徵在於a.加工彈簧模根據彈性係數，鈦鎳彈簧平均圈徑大小，鈦鎳線徑，鈦鎳彈簧的工作圈數，總圈數，以及彈簧節距；b.熱處理是將鈦鎳線纏繞到彈簧模上，將鈦鎳線的兩端固定，對富鎳的鈦鎳合金線Ti-(50-52)at％Ni，先固溶處理，700℃-850℃，保溫0.5-2小時，接著室溫水淬或空冷；再進行時效處理，350℃-600℃，保溫0.5-2小時，接著室溫水淬或空冷；c.訓練處理是將鈦鎳彈簧從彈簧模上取下放入高於Af溫度的熱水中，待彈簧完全熱回復後，在鈦鎳彈簧兩端用力沿軸向壓縮彈簧至最短，保持其壓縮狀態，將其移入低於Mf溫度的冷水中，至彈簧完全變軟撤除外力，反覆訓練20-30次，便獲得具有反常記憶效應的鈦鎳彈簧。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於製備名義化學組成為Ti-50.86at％Ni，根據線徑中φ0.7毫米，設計彈簧參數彈性係數D/d＝10，工作圈數5，總圈數7，彈簧節距5毫米，製作模具，再將鈦鎳線繞在模具上，進行固溶處理，700℃，保溫1小時後空冷，再進行時效處理，500℃，保溫1小時後爐冷至350℃，再空冷，此時的鈦鎳彈簧已具有反常記憶行為，ε＝-8％，對其再進行訓練，將其放入高於Af溫度的熱水中，在其兩端用力沿軸向壓縮至最短，保持其壓縮狀態，將其放入低於Mf溫度的冷水中，如此反覆訓練15次，即得到鈦鎳彈簧的反常記憶效應ε＝-33％
3.如權利要求1、2方法製備的鈦鎳彈簧，其特徵在於，當鈦鎳彈簧升溫至Af以上時，彈簧回復在高溫奧氏體相的軸向長度，當鈦鎳彈簧降溫至Mf溫度以下時，彈簧的長度反而自動地伸長。
全文摘要
本發明方法涉及具有反常記憶效應這種新性能的鈦鎳合金彈簧及製備方法,先設計彈簧參數,加工彈簧模,將鈦鎳線繞到模具上,對其進行固容處理和時效處理,再對其進行訓練處理,反覆訓練20—30次,即得到具有反常記憶行為的鈦鎳彈簧。本發明方法製備的有反常記憶效應的彈簧,給形狀記憶合金相變理論提出了新課題,也拓寬了形狀記憶合金的應用範圍,製備的反常記憶彈簧有著廣闊的應用前景。
文檔編號F16F1/06GK1170834SQ9611702
公開日1998年1月21日 申請日期1996年7月16日 優先權日1996年7月16日
發明者顏世春 申請人:中國科學院固體物理研究所