一种利用双重约束退火制作双程记忆器件的方法技术

本发明专利技术公开的双重约束退火制作双程记忆器件的方法，采用成分为二元或多元的镍钛基形状记忆合金制作。通过以下退火工艺的方法获得双程记忆器件：约束应变量范围为1％-50％，退火次序为先固溶后时效，定型低温形状的固溶温度为600℃～850℃，时间为15min～60min，然后将所获得的器件按其高温形状进行二次约束时效处理，时效温度为350℃～50℃，时效时间为0.5h～6h，即获得本发明专利技术的器件。器件无需任何机械训练即获得双程记忆功能，双程记忆稳定性高，抗疲劳性能强，使用次数可达数千次。双程记忆器件可利用丝材、棒材和板材等原材料来制作拉(压)簧、碟簧、扭簧、异形弹簧、环件等多种形式。本发明专利技术的制作方法具有制作简便、成本低、效率高、形状设计性和实用性强等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于形状记忆合金的技术应用领域，特别涉及一种通过固溶时效双重约束退火镍钛基合金来获得双程记忆器件的制作方法。
技术介绍
镍钛基形状记忆合金具有奇特的形状记忆效应和超弹性、优良的耐磨、耐腐蚀和阻尼性能以及良好的机械性能，其应用范围非常广泛，涉及机械、电子、化工、能源、建筑、医疗和航空航天等领域。作为功能性材料，形状记忆合金拥有单程、双程和全程记忆效应，其中尤以双程记忆效应更引人注目。在很多领域中，双程动作只能通过复杂的机械结构来完成，制作成本高昂，工作环境要求严格。而形状记忆合金自身的特性就能实现这样的功能， 目前实现双程记忆功能有两种方法一种是通过偏压器件与单程记忆器件的组合方式来实现，另一种是直接制作双程记忆器件。前一种方法在器件设计、选材和制作等方面都较复杂，而且组合器件占用空间较大；而后一种方法能够制作体积小巧的器件，具有简便性和高效性，这种小巧的器件可以快速高效重复性地完成这些动作。目前，关于直接制作双程记忆器件的研究甚少，大多处于研发阶段，而业已提出的一些制作方法如热机械训练法，制作工艺非常复杂，对训练温度、定型温度以及训练次数都很敏感，且获得的双程记忆性能稳定性差，训练工艺重现性差，双重记忆行程预设计性差， 难以实用，从而限制了双程记忆器件的应用。因此，必须寻找一种获得双程记忆功能稳定、 实用性强的制作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述问题的不足之处，旨在提出一种新型的制作双程记忆器件的方法，达到实用性强、稳定性高、制作效率高的特点，从而推进双程记忆器件在不同领域更广泛的应用。本专利技术提出一种通过固溶时效双重约束退火镍钛基合金来获得双程记忆器件的制作方法。其特征在于器件所使用材料为镍钛基形状记忆合金，镍钛基形状记忆合金的主要成分范围为43 45. 5wt. %的钛(Ti)、54. 5 57wt. . %的镍(Ni)，微量元素可为铬、钴、钒、铝、铁、 钼、铌等元素中的一种或几种，添加量为0. 05 1. Owt. %，通过调节微量元素可调节器件的双程记忆动作温度，其动作温度范围为-20°C +80°C。器件的固溶时效双重约束退火工艺所需的约束应变量可在-50%的范围内，随后进行固溶定型处理，固溶温度范围为600°C -850°C,固溶时间为15min-60min， 获得器件的低温形状；然后按器件的高温形状进行二次约束时效处理，时效温度范围为 3500C _550°C，时效时间为0. 5h-6h0实施步骤如下第一步按照双程记忆器件的低温形状Sl来约束器件预调节的应变量，然后固定在设计的模具上；第二步将上述约束后的器件及模具放入温度为600°C _850°C的恒温炉中，保温 15min-60min,随后空冷或水冷，取下即制得了单程记忆形状的器件；第三步将上述制得的单程器件再次约束到所需要的高温形状S2，然后将二次约束的器件放入温度为350°C _550°C的恒温炉中，保温0. 5h-6h,随后空冷或水冷或炉冷。卸下后即可获得所需的双程记忆器件。通过上述方法获得的器件无需任何机械训练即可获得双程记忆功能，双程记忆效应稳定性高，抗疲劳性能强，循环使用数千次后其双程应变稳定性仍可达90 %以上；器件可通过预调节约束形变量来获得双程记忆行程，其形状设计性的精度较高。器件的制作方式可利用丝材、棒材和板材等原材料来制作拉(压)簧、碟簧、扭簧、 异形弹簧、发条弹簧、管接头、环件等多种形式的器件，应用领域涉及电子产品、消防设备、 管路连接等诸多工程领域。本专利技术的特点是双程记忆器件制作简便、成本低、效率高，尺寸设计的精度稳定性高、双程记忆行程应变量大，工业实用性很强，可在很广泛的范围内应用该方法制作类似的双程记忆器件。附图说明图1为双程记忆器件的制作方法步骤流程图；图2为本专利技术实施例(1)双程记忆弹簧的动作示意图；图3为本专利技术实施例(1)双程记忆弹簧的双程记忆动力学曲线图；图4为本专利技术实施例(1)双程记忆弹簧的双程应变稳定性与循环次数的关系曲线图；图5为本专利技术实施例⑷双程记忆环件的动作示意图； 具体实施例方式下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种通过对镍钛基形状记忆合金进行固溶时效双重约束退火来获得双程记忆器件的制作方法。器件的制作方法可按照图1所示的步骤来实现，包括有以下步骤第一步按照双程记忆器件的低温形状Sl来约束器件预调节的应变量，然后固定在设计的模具上；第二步将上述约束后的器件及模具放入温度为600°C _850°C的恒温炉中，保温 15min-60min,随后空冷或水冷，取下即制得了单程记忆形状的器件；第三步将上述制得的单程器件再次约束到所需要的高温形状S2，然后将二次约束的器件放入温度为350°C _550°C的恒温炉中，保温0. 5h-6h,随后空冷或水冷或炉冷。取下后即可获得所需的双程记忆器件。实施例1 选取成分为Ni :56wt. %，Ti :44wt. %的二元镍钛记忆合金，原材料为直径 Φ0. 8mm的丝材。将丝材按预应变绕制在Φ8πιπι的螺旋弹簧模具上，其预应变量为ε = 10%，弹簧参数为螺距d = 0mm，圈数η = 10，弹簧长度Ll = 8. 5mm，将丝材形状固定，置入650°C的恒温炉中保温0.证、水冷。将获得的弹簧再次拉伸约束到L2 = 22. 5mm的长度后固定，放入500°C的恒温炉中保温池、空冷。取出制得的弹簧器件，该双程记忆弹簧的动作示意图如图2所示，双程行程为升温时弹簧伸长，降温时弹簧收缩。将弹簧置于位移-温度测试仪中测量其双程记忆动力学曲线，如图3所示。由图可见，弹簧的动作温度很窄，约10°c，升温开始动作温度为58°C，对应于逆马氏体开始相变温度As，降温开始动作温度为56°C，对应于R相开始相变温度Rs。将双程记忆弹簧器件放入在70°C以上的热水中，测得弹簧长度为LA，然后再将弹簧放入10°C以下的凉水中，再测得弹簧的长度为LR，如此反复循环测试3000次。图3为双程记忆弹簧在高温和低温下的形状稳定性与循环次数的关系曲线图，由图可见，循环3000 次后，高温形状记忆稳定性高达97%，而且低温形状记忆稳定性高达100%，稳定性极高。 此类弹簧可应用于电子、机械等很多领域。实施例2 选取成分为Ni 55. 7wt. %，Ti :44wt. %，Cr :0. 3wt. %的三元镍钛记忆合金，原材料为直径Φ 1. Omm的丝材。将丝材按预应变绕制在Φ 12mm的螺旋弹簧模具上，其预应变量为ε = 8. 3 %，弹簧参数为螺距d = 2. Omm,圈数η = 6，弹簧长度L1 = 20mm，将丝材形状固定，置入700°C的恒温炉中保温45min、水冷。将获得的弹簧再次压缩约束到L2 = IOmm的长度后固定，放入450°C的恒温炉中保温lh、空冷。取出制得的弹簧器件，该双程记忆弹簧的动作示意图如图2所示，双程行程为升温时弹簧收缩，降温时弹簧伸长。经测试，弹簧的升温开始动作温度为3°C，对应于逆马氏体开始相变温度As，降温开始动作温度为_2°C，对应于R相开始相变温度Rs。经过1000次冷热循环后高温形状记忆稳定性高达98%，而且低温形状记忆稳定性达93%，稳定性很高。此弹簧的输出力很大， 动作温度适用于低温环境使用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种利用固溶时效双重约束退火制作双程记忆器件的方法，其特征在于：器件所用材料为镍钛基形状记忆合金，器件获得双程记忆功能的处理工艺为固溶时效双重约束退火，器件的约束应变率范围为１％－５０％，器件可通过棒材、丝材和板材等材料制成多种器件形式。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王建淦，曹继敏，牛中杰，田成民，雷亚军，杨宏进，毛江虹，
申请(专利权)人：西安赛特金属材料开发有限公司，
类型：发明
国别省市：87