CN1170834A - 具有反常记忆效应钛镍弹簧及制备 - Google Patents
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Abstract
本发明方法涉及具有反常记忆效应这种新性能的钛镍合金弹簧及制备方法,先设计弹簧参数,加工弹簧模,将钛镍线绕到模具上,对其进行固容处理和时效处理,再对其进行训练处理,反复训练20—30次,即得到具有反常记忆行为的钛镍弹簧。本发明方法制备的有反常记忆效应的弹簧,给形状记忆合金相变理论提出了新课题,也拓宽了形状记忆合金的应用范围,制备的反常记忆弹簧有着广阔的应用前景。
Description
本发明涉及具有反常记忆效应这种新性能的钛镍合金弹簧及制备方法。
形状记忆合金是七十年代以来开发的一种新型功能材料，目前已在航天、医疗及日常生活用品等各领域得到广泛应用，其中钛镍合金是开发最成熟的记忆合金材料，钛镍合金弹簧是使用最广泛的一种记忆合金元件。
形状记忆合金是热弹性马氏体材料。钛镍记忆合金其高温母相是奥氏体相，低温为马氏体相，相变过程受力和温度的制约。在不受外力的自由状态，对钛镍合金加热升温，在记为Aa的温度奥氏体开始出现，随温度继续升高，马氏体所占体积越来越少，奥氏体越来越多，至马氏体相全部转变为奥氏体相的温度，通常记为Af。相反，从高温降温过程中，在马氏体开始出现的温度为Ma，随温度不断降低，奥氏体体积越来越少，马氏体越来越多，在奥氏体全部转变为马氏体的温度，通常记为Mf。
形状记忆合金可以显示超弹性和形状记忆效应，这里的记忆效应是指单向记忆效应。如对伸长弹簧受热升温到Af以上(不受外力)，弹簧可回复其在高温母相的轴向长度，即使降低温度弹簧长度也不改变。
人们还制备了具有双向记忆效应的钛镍弹簧，即当弹簧升温至Af以上，弹簧回复其在母相的长度，当弹簧降温至Mf以下时，又可自发地不需用外力便自动缩短其轴向长度，即随着升温、降温，可分别显示其在奥氏体和马氏体态的不同长度。
本发明目的在于，提供一种具有完全不同于上述记忆效应的反常记忆效应的钛镍弹簧及其制备方法。
本发明所称″反常记忆效应″是指当钛镍弹簧升温至Af以上时，弹簧回复其在高温奥氏体相的轴向长度，当弹簧降温至Mf温度以下时，弹簧的长度并不象具有单向记忆效应那样不变，也不是象具有双向记忆效应那样自发地缩短，而是反常地自发地伸长，这种反常地伸长，在液氮温度77K时也能观察到。这种反常的记忆效应行为迄今为止国内外未见报导。
本发明方法用相对伸长改变ε(％)表征钛镍弹簧的记忆效应：
ε＝(Lo-LN)/Lo
其中Lo是在Af温度以上弹簧热回复后的长度，LN是在低于Mf温度的弹簧长度。根据实验得出，在钛镍弹簧的双向和反常记忆效应中，Lo没有发现改变，据上述公式可得出：
ε＝0表示钛镍弹簧具有单向记忆效应；
ε＞0表示弹簧具有双向记忆效应；
ε＜0表示弹簧具有反常记忆效应。
下面详细叙述本发明方法。
1.设计弹簧参数，加工弹簧模
弹簧的参数主要有：
(1)弹性系数D/d，其中D为弹簧平均圈径大小，d为钛镍线径。
(2)弹簧工作圈数和总圈数。
(3)弹簧节距大小。
据此加工弹簧模。
2.热处理
将钛镍(TiNi)丝材绕到弹簧模上，两端固定在弹簧模上，然后进行热处理，对富镍的钛镍合金线，其组成范围为：Ti-(50-52)at％Ni首先固溶处理，700℃--850℃，保温0.5-2小时，接着室温水淬或空冷；再进行时效处理：在350℃-600℃，保温0.5-2小时，接着室温水淬或空冷。
3.训练处理
将钛镍(TiNi)弹簧从弹簧模上取下，把钛镍弹簧放入高于Af的热水中，待弹簧完全热回复后，在钛镍弹簧两端用力沿轴向压缩钛镍弹簧至最短，保持其压缩状态，把钛镍弹簧移入低于Mf温度的冷水中。待弹簧完全变软时把外力撤除，将钛镍弹簧再次放入温度高于Af的热水中，弹簧完全热回复伸长后在弹簧两端用力沿轴向压缩至最短，保持其最短状态，移入低于Mf温度的冷水中，如此循环训练20-30次，便可得到具有反常记忆行为的钛镍弹簧。
反常记忆效应给形状记忆合金相变理论提出了新课题，将对材料科学理论的发展产生一定的影响。本发明具有反常记忆效应的钛镍弹簧及其制备，将拓宽形状记忆合金的应用范围，在工业和技术领域都将有广阔的应用前景。
实施例：
所用钛镍线的名义化学组成为Ti-50.86at％Ni，线径φ0.7毫米。
弹簧设计参数：弹性系数D/d＝10；工作圈数是5，总圈数是7，弹簧节距5毫米，据此制做模具，再进行：
固溶处理：700℃，保温1小时后空冷，
时效处理：500℃，保温1小时后炉冷至350℃空冷。
经上述热处理后的钛镍弹簧已初步具有反常记忆行为ε＝-8％，再进行训练处理：把钛镍弹簧放入高于Af温度的热水中，在钛镍弹簧两端用力沿轴向压缩钛镍弹簧至最短，保持其压缩状态，并将其放入低于Mf温度的冷水中，如此反复训练15次后，钛镍弹簧的反常记忆效应ε＝-33％。
Claims (3)
1.一种具有反常记忆效应钛镍弹簧的制备方法，其特征在于：
a.加工弹簧模：根据弹性系数，钛镍弹簧平均圈径大小，钛镍线径，钛镍弹簧的工作圈数，总圈数，以及弹簧节距；
b.热处理是将钛镍线缠绕到弹簧模上，将钛镍线的两端固定，对富镍的钛镍合金线Ti-(50-52)at％Ni，先固溶处理，700℃-850℃，保温0.5-2小时，接着室温水淬或空冷；再进行时效处理，350℃-600℃，保温0.5-2小时，接着室温水淬或空冷；
c.训练处理是将钛镍弹簧从弹簧模上取下放入高于Af温度的热水中，待弹簧完全热回复后，在钛镍弹簧两端用力沿轴向压缩弹簧至最短，保持其压缩状态，将其移入低于Mf温度的冷水中，至弹簧完全变软撤除外力，反复训练20-30次，便获得具有反常记忆效应的钛镍弹簧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于制备名义化学组成为Ti-50.86at％Ni，根据线径中φ0.7毫米，设计弹簧参数：弹性系数D/d＝10，工作圈数5，总圈数7，弹簧节距5毫米，制作模具，再将钛镍线绕在模具上，进行固溶处理，700℃，保温1小时后空冷，再进行时效处理，500℃，保温1小时后炉冷至350℃，再空冷，此时的钛镍弹簧已具有反常记忆行为，ε＝-8％，对其再进行训练，将其放入高于Af温度的热水中，在其两端用力沿轴向压缩至最短，保持其压缩状态，将其放入低于Mf温度的冷水中，如此反复训练15次，即得到钛镍弹簧的反常记忆效应ε＝-33％
3.如权利要求1、2方法制备的钛镍弹簧，其特征在于，当钛镍弹簧升温至Af以上时，弹簧回复在高温奥氏体相的轴向长度，当钛镍弹簧降温至Mf温度以下时，弹簧的长度反而自动地伸长。
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|---|---|---|---|
| CN 96117023 CN1170834A (zh) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 具有反常记忆效应钛镍弹簧及制备 |
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| CN 96117023 CN1170834A (zh) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 具有反常记忆效应钛镍弹簧及制备 |
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| CN 96117023 Pending CN1170834A (zh) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 具有反常记忆效应钛镍弹簧及制备 |
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|---|---|
| CN (1) | CN1170834A (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109351801A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-19 | 张冠华 | 一种具有弹热效应的镍钛合金螺旋弹簧的制备方法 |
-
1996
- 1996-07-16 CN CN 96117023 patent/CN1170834A/zh active Pending
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