形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，包括如下步驟：（1）將形狀記憶合金在真空環(huán)境下進(jìn)行高溫固溶熱處理；（2）爐冷或淬火；（3）然后，進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效熱處理，使形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)。本方法相比傳統(tǒng)的時(shí)效處理，能明顯提高形狀記憶合金的全程記憶回復(fù)率，同時(shí)也能提高全程記憶效應(yīng)的熱循環(huán)穩(wěn)定性。利用本方法制備的具有全程記憶效應(yīng)的形狀記憶合金可制成驅(qū)動(dòng)器件，制成的驅(qū)動(dòng)件具有驅(qū)動(dòng)力小，驅(qū)動(dòng)位移大的特點(diǎn)，可應(yīng)用在微動(dòng)開(kāi)關(guān)、玩具、熱機(jī)模型等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，特別是一種對(duì)形狀記憶 合金在約束狀態(tài)下進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效，使得形狀記憶合金具有良好的全程記憶效應(yīng)的制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 形狀記憶效應(yīng)是指材料在馬氏體狀態(tài)受力發(fā)生形變后，當(dāng)溫度升高至母相狀態(tài) 時(shí)，材料的形狀恢復(fù)到形變前形狀的現(xiàn)象。全程記憶效應(yīng)是指材料在馬氏體相變結(jié)束溫度 (M f)以下變形，加熱到母相相變結(jié)束溫度（Af)以上時(shí)，恢復(fù)母相的原始形狀，進(jìn)一步冷卻至 M f以下時(shí)，材料形狀變至加熱時(shí)相反方向的形狀，在隨后的加熱冷卻循環(huán)過(guò)程中，呈現(xiàn)可逆 的形狀記憶效應(yīng)。目前，利用形狀記憶合金的全程記憶效應(yīng)制成的驅(qū)動(dòng)件具有驅(qū)動(dòng)力小，驅(qū) 動(dòng)位移大的特點(diǎn)，應(yīng)用在微動(dòng)開(kāi)關(guān)、玩具、熱機(jī)模型等領(lǐng)域。
[0003] 目前常用的獲得全程記憶效應(yīng)的方法是將富Ni的NiTi合金進(jìn)行中溫時(shí)效處理， 該方法獲得的全程記憶回復(fù)率較低，通常約為60?80%，此外，全程記憶效應(yīng)隨熱循環(huán)次數(shù) 的增加，回復(fù)率逐步減弱，全程記憶效應(yīng)的熱循環(huán)穩(wěn)定性較差。因此，提供一種回復(fù)率高，熱 穩(wěn)定性較高的使形狀記憶合金具有良好的全程記憶效應(yīng)的制備方法就成為該【技術(shù)領(lǐng)域】急 需解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種使形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，本方法對(duì) 形狀記憶合金在約束狀態(tài)下進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效的處理，使得形狀記憶合金具有良好的全程記憶 效應(yīng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的：
[0006] 一種形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，包括如下步驟：
[0007] ( 1)將形狀記憶合金在真空環(huán)境下進(jìn)行高溫固溶熱處理；
[0008] (2)爐冷或淬火；
[0009] (3)然后，進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效(定型）熱處理，使形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)。
[0010] 步驟（1)中，所述形狀記憶合金為富Ni的TiNi合金或TiNiCr三元合金，其中Ni 兀素的原子百分含量為50. 5?51. 5%。
[0011] 步驟（1)中，所述的高溫固溶熱處理制度為：固溶溫度為850?900°C，固溶時(shí)間為 1 ?3h〇
[0012] 步驟（3)中，所述的雙級(jí)時(shí)效(定型)熱處理制度為：一級(jí)時(shí)效溫度為480?580°C， 時(shí)效時(shí)間為1?5h ;二級(jí)時(shí)效溫度為400?500°C，時(shí)效時(shí)間為1?20h。
[0013] 在本發(fā)明的使形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法中，可先將形狀記憶合金板 材或絲材，在高溫固溶熱處理之前先進(jìn)行表面清洗，去除油污。
[0014] 本發(fā)明的形狀記憶合金全程記憶效應(yīng)的制備方法，先將形狀記憶合金板材(或絲 材）表面清洗，去除油污，然后在真空環(huán)境下進(jìn)行固溶熱處理，固溶溫度850?900°C，固溶 時(shí)間為1?3h，固溶后爐冷或淬火，最后進(jìn)行定型雙級(jí)時(shí)效熱處理，一級(jí)時(shí)效溫度480? 580°C，時(shí)效時(shí)間為1?5h ;二級(jí)時(shí)效溫度400?500°C，時(shí)效時(shí)間為1?20h。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的使形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，它是將形狀 記憶合金在高溫固溶處理后進(jìn)行雙級(jí)定型時(shí)效熱處理，獲得細(xì)小彌散的Ti 3Ni4相，Ti3Ni4相 起到沉淀強(qiáng)化的作用，并由沉淀強(qiáng)化產(chǎn)生的共格應(yīng)變能提高全程記憶效應(yīng)，相比傳統(tǒng)的時(shí) 效處理，能明顯提高形狀記憶合金的全程記憶回復(fù)率，同時(shí)也能提高全程記憶效應(yīng)的熱循 環(huán)穩(wěn)定性。
[0016] 下面通過(guò)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是全程記憶效應(yīng)的過(guò)程示意圖。
[0018] 圖2是全程記憶回復(fù)率測(cè)試方法示意圖。
[0019] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1所得形狀記憶合金與現(xiàn)有形狀記憶合金的全程記憶回復(fù)率 測(cè)試結(jié)果。
[0020] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2所得形狀記憶合金與現(xiàn)有形狀記憶合金的全程記憶回復(fù)率 測(cè)試結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下首先結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明全程記憶效應(yīng)的過(guò)程和全程記憶回復(fù)率測(cè)試方法。
[0022] 如圖1所示為全程記憶效應(yīng)的過(guò)程示意圖，形狀記憶合金板材固溶熱處理后為平 直的原始狀態(tài)1，將其定型成形狀2并進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效熱處理，雙級(jí)時(shí)效處理后形狀記憶合金 板材具有全程記憶效應(yīng)，將其冷卻至M f溫度（馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度）以下時(shí)，形狀變至定型 相反方向的形狀3,將其加熱至Af溫度(使用溫度）以上時(shí)，形狀回復(fù)至母相狀態(tài)形狀2,再 次冷卻至M f溫度以下時(shí)，形狀變至定型相反方向的形狀3,如此冷熱循環(huán)時(shí)，呈現(xiàn)出可逆的 形狀記憶效應(yīng)。
[0023] 目前尚無(wú)統(tǒng)一的測(cè)試方法來(lái)測(cè)試和表征形狀記憶合金的全程記憶效應(yīng)，為方便說(shuō) 明具體實(shí)施例，本發(fā)明采用如圖2所示的全程記憶回復(fù)率測(cè)試方法，具有全程記憶效應(yīng)的 記憶合金定型后的原始形狀如圖2中21，圓心角為Θ ^，將其冷卻至Mf溫度以下時(shí)，形狀如 圖2中22,圓心角為，將其加熱至Af溫度以上時(shí)，形狀如圖2中23,圓心角為θ 2，全程 記憶回復(fù)率計(jì)算公式如下：
[0024] 冷卻過(guò)程回復(fù)率：nc=[ ( Θ。一 Θ i) / Θ。] X100%
[0025] 加熱過(guò)程回復(fù)率：ηΗ=[ ( Θ。一 θ 2) / Θ Q] X 1〇〇%
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 本發(fā)明是一種NiTi合金全程記憶效應(yīng)的制備方法，合金成分(原子百分含量）為 51%的Ni和49%的Ti。NiTi合金板材厚度0· 2mm，寬度8mm，長(zhǎng)度15mm，制備過(guò)程如下：
[0028] (1)將NiTi合金板材在真空爐中進(jìn)行固溶處理，固溶溫度900°C，固溶時(shí)間為lh， 固溶后淬火。
[0029] (2)將NiTi合金板材在電阻爐中進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，一級(jí)時(shí)效溫度550°C，時(shí)效時(shí) 間為2h ;二級(jí)時(shí)效溫度450°C，時(shí)效時(shí)間為5h。
[0030] 在上述形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法中，可先將形狀記憶合金板材，在 固溶處理之前先進(jìn)行表面清洗，去除油污。
[0031] 采用傳統(tǒng)方法使上述形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)，傳統(tǒng)制備方法如下：將 NiTi合金板材在真空爐中進(jìn)行固溶處理，固溶溫度900°C，固溶時(shí)間為lh，固溶后淬火。將 NiTi合金板材在電阻爐中進(jìn)行時(shí)效處理，一級(jí)時(shí)效溫度550°C，時(shí)效時(shí)間為2h。
[0032] 將本發(fā)明形狀記憶合金全程記憶效應(yīng)的制備方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，測(cè)試經(jīng)過(guò) 本發(fā)明形狀記憶合金全程記憶效應(yīng)的制備方法與傳統(tǒng)方法處理的形狀記憶合金的全程記 憶回復(fù)率，測(cè)試20次熱循環(huán)的結(jié)果如圖3所示，其中，方塊實(shí)心曲線為本實(shí)施例η。，方塊空 心曲線為傳統(tǒng)方法n。，三角實(shí)心曲線為本實(shí)施例n H，三角空心曲線為傳統(tǒng)方法nH，采用 本發(fā)明方法制備的形狀記憶合金在冷卻過(guò)程中最大的n H為93. 1%，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法的 86. 5% ;采用本發(fā)明方法制備的形狀記憶合金在加熱過(guò)程中最大的η。為86. 0%，明顯優(yōu)于 傳統(tǒng)方法的81. 2%。此外，從圖中也可看出本發(fā)明方法制備的形狀記憶合金比傳統(tǒng)方法獲得 的形狀記憶合金的全程記憶效應(yīng)熱機(jī)械穩(wěn)定性更好。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 本發(fā)明是一種NiTiCr合金全程記憶效應(yīng)的制備方法，合金成分(原子百分含量)為 50. 8%的Ni，49. 0%的Ti和0. 2%的Cr。NiTiCr合金板材厚度0. 3_，寬度10_，長(zhǎng)度25_， 制備過(guò)程如下：
[0035] (1)將NiTiCr合金板材在真空爐中進(jìn)行固溶處理，固溶溫度850°C，固溶時(shí)間為 2h，固溶后淬火。
[0036] (2)將NiTiCr合金板材在電阻爐中進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，一級(jí)時(shí)效溫度520°C，時(shí)效 時(shí)間為2h ;二級(jí)時(shí)效溫度400°C，時(shí)效時(shí)間為10h。
[0037] 在上述形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法中，可先將形狀記憶合金板材，在 固溶處理之前先進(jìn)行表面清洗，去除油污。
[0038] 采用傳統(tǒng)方法使上述形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)，傳統(tǒng)制備方法如下：將 NiTiCr合金板材在真空爐中進(jìn)行固溶處理，固溶溫度850°C，固溶時(shí)間為2h，固溶后淬火。 將NiTiCr合金板材在電阻爐中進(jìn)行時(shí)效處理，一級(jí)時(shí)效溫度520°C，時(shí)效時(shí)間為2h。
[0039] 將本發(fā)明形狀記憶合金全程記憶效應(yīng)的制備方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，測(cè)試經(jīng)過(guò) 本發(fā)明形狀記憶合金全程記憶效應(yīng)的制備方法與傳統(tǒng)方法處理的形狀記憶合金的全程記 憶回復(fù)率，測(cè)試20次熱循環(huán)的結(jié)果如圖4所示，其中，方塊實(shí)心曲線為本實(shí)施例η。，方塊空 心曲線為傳統(tǒng)方法n。，三角實(shí)心曲線為本實(shí)施例n H，三角空心曲線為傳統(tǒng)方法nH，采用 本發(fā)明方法制備的形狀記憶合金在冷卻過(guò)程中最大的η Η為90. 4%，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法的 形狀記憶合金的85. 6% ;采用本發(fā)明方法制備的形狀記憶合金在加熱過(guò)程中最大的h為 83. 5%，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法制備的形狀記憶合金的79. 6%。此外，從圖中也可看出本發(fā)明方法 制備的形狀記憶合金比傳統(tǒng)方法獲得的形狀記憶合金全程記憶效應(yīng)熱循環(huán)穩(wěn)定性更好。
[0040] 對(duì)于富Ni的TiNi合金或TiNiCr三元合金，按照本發(fā)明方法先進(jìn)行高溫固溶熱處 理，溫度為850?900°C，固溶時(shí)間為1?3h，爐冷或淬火后，再進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效熱處理，一級(jí) 時(shí)效溫度為480?580°C，時(shí)效時(shí)間為1?5h ;二級(jí)時(shí)效溫度為400?500°C，時(shí)效時(shí)間為 1?20h，處理后均可獲得比傳統(tǒng)方法更好的全程記憶效應(yīng)。
[0041] 由此可見(jiàn)，本發(fā)明方法相比傳統(tǒng)的時(shí)效處理，能明顯提高形狀記憶合金的全程記 憶回復(fù)率，同時(shí)也能提高全程記憶效應(yīng)的熱循環(huán)穩(wěn)定性。利用本方法制備的具有全程記憶 效應(yīng)的形狀記憶合金可制成驅(qū)動(dòng)器件，制成的驅(qū)動(dòng)件具有驅(qū)動(dòng)力小，驅(qū)動(dòng)位移大的特點(diǎn)，可 應(yīng)用在微動(dòng)開(kāi)關(guān)、玩具、熱機(jī)模型等領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1. 一種形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，包括如下步驟： (1) 將形狀記憶合金在真空環(huán)境下進(jìn)行高溫固溶熱處理； (2) 爐冷或淬火； (3) 然后，進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效熱處理，使形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，其特征在于：所述 的高溫固溶熱處理制度為：固溶溫度為850?900°C，固溶時(shí)間為1?3h。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，其特征在于：所述 的雙級(jí)時(shí)效熱處理制度為：一級(jí)時(shí)效溫度為480?580°C，時(shí)效時(shí)間為1?5h ;二級(jí)時(shí)效溫 度為400?500°C，時(shí)效時(shí)間為1?20h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，其特征在于：所述 的形狀記憶合金為富Ni的TiNi合金或TiNiCr三元合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，其特征在于：所述 的形狀記憶合金中，Ni元素的原子百分含量為50. 5?51. 5%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，其特征在于：所述 的形狀記憶合金為板材或絲材。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的形狀記憶合金獲得全程記憶效應(yīng)的方法，其特征在于：在高 溫固溶熱處理之前，先將形狀記憶合金進(jìn)行表面清洗，去除油污。
【文檔編號(hào)】C22F1/10GK104099544SQ201310117766
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月7日
【發(fā)明者】李艷鋒, 高寶東, 米緒軍, 尹向前, 解浩峰 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院