本发明专利技术提供一种形状记忆合金微丝加工工艺，将形状记忆合金丝材进行多次冷拉拔，相邻二次冷拉拔之间进行退火处理，即得所需的形状记忆合金微丝。本发明专利技术提供的一种形状记忆合金微丝加工工艺，将表面结构控制和退火、冷拉拔相结合的技术路线，通过等离子气氛下的退火技术，最终获得性能优异的形状记忆合金微丝特别是镍钛形状记忆合金微丝材料，符合智能驱动元件的国际标准，且易于产业化推广，具有重要战略价值。
【技术实现步骤摘要】
一种形状记忆合金微丝加工工艺
本专利技术属于合金材料的
，涉及一种形状记忆合金微丝加工工艺。
技术介绍
形状记忆合金是一种集位移感知和驱动于一体的智能材料，在航天航空、微电子、生物医用及机器人等领域具有广泛的应用。形状记忆合金作为智能驱动元件应用，根据不同的应用场景，可以选择主要形式包括丝材、薄膜或弹簧。其中，主动式驱动器件中多使用形状记忆合金丝材作为执行元件，相对弹簧而言，丝材具有更高的响应频率、能率和使用寿命。因此，形状记忆合金丝材加工工艺对于元件寿命至关重要。随着形状记忆合金驱动元件在微电子领域的推广，市场对形状记忆合金微丝，尤其是直径低于100微米材料需求不断增长。而形状记忆合金微丝的比表面积相对更大，表面质量控制对于微丝元件的品质起到关键作用，目前常规的拉拔制备技术无法满足微丝制备质量控制要求。存在几个问题：1)按照常规工艺，表面氧化现象非常严重，同时使用石墨或乳液润滑剂导致的残留问题不易解决；2)丝材表面机械抛光处理后，润滑效果变差，拉拔过程容易发生断丝现象；3)如果使用化学法抛光，丝材表面会出现大量孔洞。因此，亟需提出新的技术手段解决形状记忆合金微丝的制备。目前使用最成熟的形状记忆合金材料是镍钛形状记忆合金，镍钛形状记忆合金的丝材加工方式包括以下典型步骤：1)熔炼、铸锭，高温锻打，热轧盘圆，得到直径5～8mm的粗线材；2)使用热拉拔，将形状记忆合金丝材降至3mm左右；3)冷拉拔和退火处理交替进行，直至0.5mm左右的直径；4)矫直处理和热机械训练，确保丝材的性能符合驱动元件的要求。但是，镍钛形状记忆合金驱动元件丝材的表面往往存在大量缺陷，包括氧化、润滑液与丝材反应物等，严重影响丝材的寿命。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种形状记忆合金微丝加工工艺，将表面结构控制和退火、冷拉拔相结合的技术路线，通过退火过程中的等离子环境气氛和退火温度、时间的精确控制，获得兼具润滑性、致密性的优异表面结构，最终获得性能优异的形状记忆合金微丝特别是镍钛形状记忆合金微丝材料。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种形状记忆合金微丝加工工艺，将形状记忆合金丝材进行多次冷拉拔，相邻二次冷拉拔之间进行退火处理，以提供所需的形状记忆合金微丝。优选地，所述形状记忆合金丝材选用的形状记忆合金为镍钛基形状记忆合金。优选地，所述形状记忆合金丝材的初始直径所述形状记忆合金丝材的初始直径为常规细丝的直径。优选地，所述冷拉拔采用的模具为金刚石拉丝模具。优选地，所述冷拉拔的减面率为4～15％。所述冷拉拔随着丝材直径的降低，减面率也逐步降低。所述减面率是指丝材冷拉拔变形的变形量，用于说明通过拉丝模具进行拉丝后，出口端丝材面积相比进口处丝材面积降低量，其数值过小则效率低下，数值过高则容易发生断丝现象。通过冷拉拔的减面率及丝材的目标尺寸，可以获得冷拉拔的具体次数。更优选地，当所述形状记忆合金丝材的直径≥0.1mm时，所述冷拉拔的减面率为10-15％；当所述形状记忆合金丝材的直径为≤0.1mm时，所述冷拉拔的减面率为5-7％。优选地，所述退火处理在等离子气氛下进行。更优选地，所述等离子气氛条件为：气氛：为甲烷和氩气的混合气体，所述甲烷与氩气的体积比为1：1～7；真空度：10-4～10-1Pa；气压：10～300Pa。进一步优选地，所述等离子气氛条件为：气氛：为甲烷和氩气的混合气体，所述甲烷与氩气的体积比为1：2～6；真空度：10-3～10-1Pa；气压：50～200Pa。更优选地，所述等离子气氛形成的电场条件为：电流：0.5～3.0A；电压：50～200V。进一步优选地，所述等离子气氛形成的电场条件为：电流：0.8～2.0A；电压：60～150V。在此条件下，甲烷分解，碳原子在形状记忆合金特别是镍钛形状记忆合金表面形成纳米吸附层，这种纳米尺度的石墨结构碳层也可称为石墨烯层，润滑性极佳，同时不会在丝材表面形成堆积，不会影响形状记忆合金微丝特别是镍钛形状记忆合金微丝的整体力学性能和疲劳性能。优选地，所述退火处理的退火温度为500～800℃。更优选地，所述退火处理的退火温度为550～700℃。优选地，所述退火处理的退火时间为1～6分钟。更优选地，所述退火处理的退火时间为2～5分钟。所述退火时间可用于核算出管式退火炉长度和丝材的运行速度。优选地，所述退火处理的退火张力为15～50MPa。更优选地，所述退火处理的退火张力为10～60MPa。优选地，所述退火处理在管式退火炉中进行。更优选地，所述管式退火炉为纵向管式退火炉。所述纵向管式退火炉可避免横向拉拔过程的丝材下垂现象。更优选地，所述退火处理在管式退火炉中的运行速度为0.1～2m/min。进一步优选地，所述退火处理在管式退火炉中的运行速度为0.4～1m/min。优选地，所述形状记忆合金微丝的直径为0.02～0.1mm。优选地，所述形状记忆合金微丝还要依次进行矫直、表面清洁。更优选地，所述矫直的处理条件为：温度：300～500℃；张力：20～70MPa；经过退火炉的速度：1～6m/min。进一步优选地，所述矫直的处理条件为：温度：400～480℃；张力：30～60MPa；经过退火炉的速度：2～5m/min。更优选地，所述表面清洁在等离子气氛中进行，等离子气氛为氢气和氩气的混合气体，所述氢气与氩气的体积比为1：2～12，等离子气氛的气压为50～600Pa。进一步优选地，所述氢气与氩气的体积比为1：4～10，等离子气氛的气压为100～500Pa。所述表面清洁工艺使形状记忆合金特别是镍钛形状记忆合金表面残余的石墨层被清理干净，形状记忆合金微丝表面质量进一步改善，满足智能驱动元件的力学和疲劳需求。如上所述，本专利技术提供的一种形状记忆合金微丝加工工艺，将表面结构控制和退火、冷拉拔相结合的技术路线，通过等离子气氛下的退火技术，即通过退火过程中的等离子环境气氛和退火温度、时间的精确控制，获得兼具润滑性、致密性的优异表面结构即纳米级石墨润滑层，最终获得性能优异的形状记忆合金微丝特别是镍钛形状记忆合金微丝材料。该种材料的粗糙度9级以上，疲劳性能达到30万次以上，能够满足智能驱动元件的力学和疲劳需求。通过本专利技术工艺获得的形状记忆合金微丝的性能参数符合智能驱动元件的国际标准，且易于产业化推广，具有重要战略价值。附图说明图1显示为镍钛形状记忆合金微丝的表面形貌对比示意图a、b、c，其中，图1a为本专利技术中形状记忆合金微丝加工工艺指标的微丝；图1b为电化学抛光法制备的微丝；图1c为传统拉拔法制备的微丝。具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术，应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种形状记忆合金微丝加工工艺，将形状记忆合金丝材进行多次冷拉拔，相邻二次冷拉拔之间进行退火处理，以提供所需的形状记忆合金微丝。/n
【技术特征摘要】
1.一种形状记忆合金微丝加工工艺，将形状记忆合金丝材进行多次冷拉拔，相邻二次冷拉拔之间进行退火处理，以提供所需的形状记忆合金微丝。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金微丝加工工艺，其特征在于，所述形状记忆合金丝材选用的形状记忆合金为镍钛基形状记忆合金。
3.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金微丝加工工艺，其特征在于，所述冷拉拔的减面率为4～15％。
4.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金微丝加工工艺，其特征在于，所述退火处理在等离子气氛下进行，所述等离子气氛条件为：气氛：为甲烷和氩气的混合气体，所述甲烷与氩气的体积比为1：1～7；真空度：10-4～10-1Pa；气压：10～300Pa。
5.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金微丝加工工艺，其特征在于，所述等离子气氛形成的电场条件为：电流：0.5～3.0A；电压：50～200V。
6.根据权利要求1所述的一种形状记忆...
【专利技术属性】
技术研发人员：金明江，金学军，
申请(专利权)人：上海交通大学，无锡东创智能材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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