一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种利用金属的氢致膨胀作用，形成一种可调节变形的复合材料结构及制备方法。所述氢致膨胀作用是指某些金属在氢气气氛和一定温度条件下，吸收氢气产生体积膨胀效应。金属与氢的反应是可逆反应，在降低氢气分压或升高温度情况下，金属中的氢气可以脱除，使得金属恢复原状。在外界氢+热的刺激下，吸氢金属与其他非吸氢材料的复合体可按设计发生可调控的变形，从而使得材料发生可逆的形状改变。本发明专利技术提供了一种在中高温度、含氢气氛下发生可逆的、可调节形变的复合材料结构以及制备方法。本方法可作为一种新型4D打印复合材料，可应用于在中高温下工作的智能形状调节。

【技术实现步骤摘要】
一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构以及制备方法和应用；属于4D打印技术开发

技术介绍
4D打印是由3D技术打印的结构能够在外界刺激下发生形状或者结构改变的一种技术。在3D打印过程中，直接将复合材料与变形结构内置到物料当中，使得复合材料在使用中能自动组装构型，实现研发、设计、制造和装配的一体化融合。4D打印技术中涉及的变形结构一般由具有形状记忆功能的高分子聚合物或形状记忆合金材料构成。引发4D打印结构自组装或变形动作的刺激(stimulus)一般为：热刺激、水刺激、光热刺激等。然而，目前报道的4D打印的结构多以：高分子聚合物变形体系，以及形状记忆合金的变形驱动。但是形状记忆合金的应用存在使用温度偏低、变形精度较差、循环后记忆效应衰退、变形速率偏低的问题。氢在一些合金中有较高的固溶度。例如，氢在β-Ti相的固溶度按Ti/H比例可达1:1以上，由于氢原子占据大量β-Ti晶格间隙位置，吸氢后金属体膨胀可达15％以上。该膨胀效应可产生非常可观的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构；其特征在于：复合体由金属A和材料B复合组成；所述金属A具有吸氢膨胀能力；所述材料B不具备吸氢膨胀能力或在同等条件下吸氢膨胀能力小于金属A的吸氢膨胀能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构；其特征在于：复合体由金属A和材料B复合组成；所述金属A具有吸氢膨胀能力；所述材料B不具备吸氢膨胀能力或在同等条件下吸氢膨胀能力小于金属A的吸氢膨胀能力。


2.根据权利要求1所述的一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构；其特征在于：所述金属A包括但不限于，钛、钒、锆、铪、钯、稀土及其合金。


3.根据权利要求1所述的一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构；其特征在于：材料B包括但不限于，碳钢、合金钢、不锈钢、铜合金、钛铝合金、高温合金、难熔合金中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构；其特征在于：由金属A和材料B组成的复合体，连接处为紧密的冶金连接，且金属A和材料B在变形激活条件下具有一定的塑性，材料延伸率应>2％。在金属A膨胀导致整个材料变形时，复合结构不会出现任何宏观或微观裂纹。


5.根据权利要求1-4任意一项所述的可调变形复合结构的变形激活过程；其特征在于：其变形包括下述步骤：
步骤一
将由金属A和材料B组成的复合体，置于氢气、或含氢气体环境下，施加可使吸氢金属A发生吸氢的温度，吸氢金属A发生膨胀，导致整个复合体变形，复合体变形可以但不限于：伸长、弯曲、扭转；得到变形件；
对于需要回复原状的物件，完成步骤一的变形后，还需步骤二；
步骤二
将步骤一所得的变形复合体，置于不含氢、或低氢含量气体环境下，施加可使吸氢金属A释放氢气的温度；吸氢金属A发生收缩，导致整个复合体回复原状。


6.根据权利要求5所述的一种利用氢致膨胀效应的变形激活过程；其特征在于：变形过程中，通过调节环境氢气含量、或氢气浓度、或氢气分压、或温度，以控制吸氢金属A的吸氢量，从而控制复合体的变形量；所述氢气含...

【专利技术属性】
技术研发人员：周承商，刘咏，段中元，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43