CZ2009279A3 - Zpusob úpravy a/nebo kontroly funkcních mechanických vlastností zejména transformacní deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálu s tvarovou pametí a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents
Zpusob úpravy a/nebo kontroly funkcních mechanických vlastností zejména transformacní deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálu s tvarovou pametí a zarízení k provádení tohoto zpusobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2009279A3 CZ2009279A3 CZ20090279A CZ2009279A CZ2009279A3 CZ 2009279 A3 CZ2009279 A3 CZ 2009279A3 CZ 20090279 A CZ20090279 A CZ 20090279A CZ 2009279 A CZ2009279 A CZ 2009279A CZ 2009279 A3 CZ2009279 A3 CZ 2009279A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- fiber
- strength
- mechanical properties
- shape memory
- treatment
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/006—Resulting in heat recoverable alloys with a memory effect
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Zpusob úpravy funkcních mechanických vlastností kovových vláken s tvarovou pametí (SMA) spocívá v tom, že se provádí termo-mechano-elektricky. Požadované funkcní mechanické vlastnosti, napríklad transformacní deformace a pevnost, se vláknu udelí pusobením výkonu elektrického proudu, který ohreje vlákno na požadovanou teplotu. Tato teplota je odectena z interpolované závislosti zmerených historických hodnot transformacní deformace a pevnosti vlákna dosažené pri ruzných teplotách úpravy a daném tahovém napetí vlákna. Uvedený zpusob se realizuje na zarízení, které se sestává z prevíjecího stroje a nejméne dvou elektrod, které umožnují vodivý elektrický kontakt posouvaného kovového vlákna a zdroje elektrického proudu. Elektrický výkon lze rídit pomocí informace z cidla teploty zapojeného ve zpetné vazbe ke zdroji elektrického proudu. Požadovanou teplotu úpravy lze odecíst i z interpolované závislosti zmerených historických hodnot elektrického odporu mereného pred a po úprave transformacní deformace a pevnosti vlákna pri daném tahovém napetí. Zarízení k realizaci tohoto zpusobu obsahuje nejméne šest elektrod, které umožnují merení odporu pred a po úprave vlastností. Zpusob kontroly homogenity SMA vlákna spocívá v tom, že se na základe merení elektrického odporu, teploty nebo pruchodu signálu ultrazvuku vyhodnocuje homogenita vlákna jako odchylka aktuální od ocekávané hodnoty. Zpusob se realizuje na prevíjecím zarízení s elektricky vodivými kontakty a cidly výše uvedených signálu.
Description
Způsob úpravy a/nebo kontroly funkčních mechanických vlastností zejména transformační deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí a zařízení k provádění tohoto způsobu.
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu úpravy funkčních mechanických vlastností, například transformační deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí, kontroly homogenity této úpravy a zařízení k provádění této úpravy a kontroly.
Dosavadní stav techniky
Slitiny s tvarovou pamětí, označované v literatuře zkratkou SMA (Shape Memory Alloy), mají unikátní superelastické a tvarově-paměťové vlastnosti. V současnosti jsou tyto slitiny využívány především v technických aplikacích v medicíně. Nejčastěji používanou slitinou v technických aplikacích je slitina NiTi, známá pod názvem Nitinol. Jedná se o slitiny niklu a titanu v přibližném ekviatomamím poměru 1:1 s možnou příměsí dalších prvků (Cu,Fe, Cr, Hf, a dalších). Slitiny NiTi je třeba po odlití nebo přípravě cestou práškové metalurgie tvářet a formovat do konečného tvaru, nejčastěji vlákna nebo plechu, které má požadované, např. superelastické funkční mechanické vlastnosti využívané v technických aplikacích. Superelastické slitiny NiTi jsou dnes využívány především při výrobě lékařských pomůcek.
Vlastnosti slitin NiTi jsou přednostně dány jejich chemickým složením, jc však možné a potřebné je do značné míry ovlivnit procesem tváření, zejména posledním tažením (válcováním) za studená a následným žíháním v peci s ochrannou atmosférou. Tímto procesem se zabývá např. patent JP62083455 nebo JP62083455.
V současnosti rozvíjených textilních aplikacích tenkých vláken NiTi se ukazuje potřebné mít možnost nastavit funkčních mechanických vlastnosti dlouhých úseků vláken podle potřeb zpracovatele. Jedná se zejména o nastaveni pevnosti, elastického modulu, transformačního napětí a transformační deformace vlákna. Tato úprava vláken NiTi se v současném stavu techniky provádí téměř výlučně zahříváním v konvenční trubkové odporové peci, několik metrů dlouhé, s přesně nastavenou teplotou. Středem pece prochází vlákno v ochranné atmosféře. NiTi vlákno je vystaveno relativně malému tahovému napětí a pohybuje se rychlostí přibližně 1 m/min.
-2Vlákna po takto provedené termomechanické úpravě vlastností jsou dodávána na cívkách a značena výrobci jako „straight annealed“. Tento postup je znám například z patentu US3953253. Ten popisuje metodu termomechanické úpravy vlákna v odporové pecí s cílem maximalizovat jeho pevnost a současně zachovat jeho požadované vlastnosti. Teplota pece je nastavena na teplotu mírně vyšší než je teplota určená rezistometrickou metodou jako teplota, při níž dochází k poklesu elektrického odporu vlákna při ohřevu.
Hlavni nevýhodou výše uvedeného postupu úpravy vlastností vláken NiTi v trubkové odporové peci je skutečnost, že průchod vlákna pecí je pomalý a neumožňuje efektivní zpracování dostatečného množství NiTi vlákna, například pro aplikace při výrobě technických textilních materiálů. Další nevýhodou je, že vlastnosti vlákna, u nichž neznáme přesně mikrostrukturu po tváření, nelze nastavit s dostatečnou přesností pomocí termomechanické úpravy v trubkové peci. Je nutné provést sérii časově velmi náročných žíhacích experimentů zjišťujících vlastnosti vlákna pro danou teplotu, dobu žíhání a tah ve vláknu při žíhání. Trubková pec je navíc drahé a objemné zařízení, které je obvykle umístěno u výrobce NiTi vlákna, jen výjimečně v laboratořích či textilních provozech. Konečný zpracovatel tak již nemá možnost nastavit nebo změnit nastavení termomechanických vlastností NiTi vlákna, které nakoupil od výrobce.
Vlákna NiTi jsou také dodávána ve stavu přímo po tažení za studená, kdy nemají vlastnosti - tj. transformační deformaci a pevnost upraveny, a jsou označena jako „hard“, „cold worked“ nebo „as drawn“. Tato vlákna vykazují navenek vzájemně podobné elastické mechanické chování, nevýhodou však je, že mohou mít velmi odlišnou mikrostrukturu v závislosti na použitém postupu tváření. Při použití stejných parametrů konečného žíhání na „as drawn“ vlákna s odlišnou mikrostrukturou jsou pak dosahovány velmi odlišné vlastnosti, zejména transformační deformace a pevnost. Uživatelé mimo textilní sektor běžně provádí termomechanickou úpravu krátkých úseků vláken žíháním v laboratorní peci při teplotách větších než 400°C a časech delších než 10 minut.
Pro funkční použití SMA vláken s již nastavenými vlastnostmi např. v aktuátorech se často využívá k jejich tepelné aktivaci ohřev průchodem elektrického proudu. Hodnota výkonu elektrického proudu však musí být taková, aby ohřevem nedošlo ke změně vlastností vlákna transformační deformace a/nebo pevnosti a současně k poškození tvaru uloženého v tvarové paměti vlákna. Příkladem funkčního použití vlákna ohřevem s pomocí průchodu elektrického proudu je popsán v patentové přihlášce WO2006/105588.
Patentové přihlášky GB2441589 a EP1516936 popisují úpravu krátkých úseků NiTi vláken v SMA-polymer kompozitech, která se rovněž provádí průchodem elektrického proudu.
-3Cílem této úpravy však není cílené a kontrolované nastavení transformační deformace a pevnosti vlákna, ale zejména přizpůsobení tvaru (fázového stavu) vlákna struktuře a tvaru tkaniny v textilní osnově.
V průzkumu stavu techniky nebyla nalezna technika, která by umožňovala při úpravě transformační deformace a pevnosti současnou kontrolu homogenity nastavených vlastností vlákna. Tato vlákna mohou často obsahovat nehomogenity - například trhliny, dutiny nebo jiné vměstky např. keramické nebo karbidové mikročástice. Tyto nehomogenity ovlivňují nastavené vlastnosti. Bezpečné použiti vláken SMA v technických aplikacích vyžaduje provádět kontrolu homogenity nastavených vlastností.
Cílem předkládaného vynálezu je vyvinutí nového způsobu úpravy vlastností zejména transformační deformace a/nebo pevnosti vláken materiálů s tvarovou pamětí, který umožní rychlé a přesné nastavení těchto vlastností koncovým uživatelem, s on-line kontrolou a řízením těchto vlastností a kontrolou homogenity vlákna prováděnou během úpravy. Předkládané řešení rovněž bude cenově dostupné, energeticky méně náročné a svými menšími rozměry vhodné pro použití v laboratořích, případně v provozech textilních zpracovatelů.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky v podstatě odstraňuje a vytyčený cíl splňuje způsob termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností, zejména transformační deformace a/nebo pevnosti, kovových vláken materiálů s tvarovou pamětí, obzvláště vláken NiTi, jehož podstata spočívá v tom, že se odebere vzorek vlákna jehož vlastnosti, zejména transformační deformace a/nebo pevnost se má upravit;
z tohoto vzorku se zjistí závislosti mezi transformační deformací a/nebo pevností a teplotou dosaženou Joulevským ohřevem vlákna při zvoleném tahovém napětí;
z této závislosti se zjistí teplota potřebná k nastavení požadované transformační deformace a/nebo pevnosti. Dále se vypočte elektrický výkon potřebný pro Joulovský ohřev vlákna na tuto teplotu;
a následně se vlákno vystaví působení elektrického proudu potřebného k dosažení vypočteného výkonu při současném působení výše zvoleného tahového napětí.
Tímto opatřením se relativně snadno dosáhne velmi přesného nastavení požadované hodnoty transformační deformace a/nebo pevnosti odpovídající určité mikrostruktuře vlákna (velikost polygonizovných subzrn, hustota mřížových poruch, zbytkové napětí). Takto přesné nastavení
-4vlastností není v žíhací peci možné dosáhnout bez provedení časově velmi náročné série žíhání v peci a následných tahových zkoušek. Mikrostruktura vlákna rovněž není nastavována pouze termicky, ale i průchodem elektronů elektrického proudu. To ve svém důsledku vede v některých případech k jiným vlastnostem vlákna, než jsou vlastnosti běžně dosahované termomechanickou úpravou vláken NiTi známou v literatuře.
Dále způsob úpravy vlastností kovových vláken s tvarovou pamětí spočívá v tom, že se odebere vzorek vlákna, jehož vlastnosti, zejména transformační deformace a/nebo pevnost, se máji upravit;
z tohoto vzorku se zjistí závislosti mezi transformační deformací a/nebo pevností a teplotou dosaženou Joulevským ohřevem vlákna při zvoleném tahovém napětí;
z této závislosti se zjistí teplota potřebná k nastavení požadované transformační deformace a/nebo pevnosti;
a následně se vlákno vystaví působení elektrického proudu, jehož hodnota je regulovaná zpětnovazební smyčkou tak, aby hodnota teploty upravovaného vlákna odpovídala řečené potřebné hodnotě při současném působení výše zvoleného tahového napětí na vlákno. Nastavením výkonu zdroje elektrického proudu pomocí regulace teploty vlákna ve zpětné smyčce odpadne nutnost výpočtu výkonu tohoto zdroje, a bude zajištěna homogenita upravovaného vlákna.
Dále způsob úpravy vlastností kovových vláken s tvarovou pamětí spočívá v tom, že se odebere vzorek vlákna jehož vlastnosti, zejména transformační deformace a pevnost, se mají upravit; z tohoto vzorku se zjistí závislosti mezi změnou ohmického odporu měřeného před a po jeho úpravě a transformační deformací a/nebo pevností, z této závislosti se zjistí požadovaná hodnota zmíněné změny odporů, která je potřebná k nastavení požadované transformační deformace a/nebo pevností;
a následně se vlákno vystaví regulovanému působení elektrického proudu, kde výkon elektrického proudu je regulován tak, že změna hodnot odporů před a po úpravě je udržována na řečené požadované hodnotě.
Tímto opatřením se dosáhne možnosti regulovaného nastavení požadovaných vlastností vlákna. Superelastické a tvarově-paměťové vlastnosti vlákna před i po zpracování jsou dobře charakterizované odporem vlákna. Hodnoty relativní změny odporu, měřené při stejné teplotě a tahovém napětí, je možné pro dané vlákno přímo přiřadit určité mikrostruktuře vlákna a jí odpovídajícím vlastnostem zejména transformační deformaci a pevnosti vlákna. Termo-elektro
-5mechanická úprava vláken se zpětnou vazbou do regulační smyčky podle odporu vlákna navíc umožňuje eliminovat nebezpečí náhodných změn parametrů žíhání a s tím souvisejících nežádaných změn vlastností dlouhých úseků vláken pro textilní použití.
Je výhodné pokud hodnota použitého tahového napětí je větší než 600 MPa a současně hodnota Tp je menší než 300°C.
Kombinace vysokého tahového napětí a nízké teploty se použije přednostně pro vlákna již žíhaná nebo částečně žíhaná (t.j. již vykazující termomechanické vlastnosti) s cílem nastavit jejich nový tvar, aniž by byly výrazně změněny jejich vlastnosti, zejména transformační deformace a pevnost. Současně se tímto opatřením dosáhne možnosti nastavení nového tvaru vlákna při relativně nízkých teplotách upravovaného vlákna. To je velmi důležité například pro úpravu vláken již umístěných v hybridních textilních materiálech s vlákny NiTi, které není možné zahřívat na vysokou teplotu v peci, protože by došlo k poškození okolních textilních vláken. Přestože tento způsob se od způsobu popsaného v bodě 1 liší pouze použitými vyššími hodnotami napětí a nižšími hodnotami dosažené maximální teploty, fyzikálně se jedná o zcela odlišný dosud nepoužívaný a v literatuře nepopsaný způsob termomechanické úpravy NiTi vláken, při které dochází k plastické deformaci v napětím vybuzené martenzitické fázi, což se při tepelné úpravě popsané v bodě 1 neděje.
Je výhodné, pokud se elektrický výkon a/nebo tahové napětí působící na vlákno mění v Čase. Tímto opatřením se dosáhne možnosti nastavení periodicky se měnících vlastností vlákna s periodou od milimetrů po kilometry. Z literatury je známo, že je možné připravit dráty NiTi s gradientem vlastností pomocí tepelné úpravy v peci s gradientem teploty. Zde popsaný termoelektro-mechanický způsob přípravy vláken s gradientem či periodicky se měnícími vlastnostmi má proti v literatuře popsanému způsobu řadu zjevných předností, například možnost přípravy libovolně dlouhých vláken s gradientem vlastností a/nebo velmi malou periodou změny vlastností. Rovněž lze připravit vlákno obsahující vedle úseku s upravenými vlastnostmi také úseky, kde nedojde k úpravě vlastností. To je výhodné při upevňování vláken, například v aktuátorech, kde je žádoucí, aby vlákno v místě uchycení nevykazovalo funkční mechanické vlastnosti.
Dále je výhodné, pokud čas působení výkonu elektrického proudu na vlákno je menší než 100 milisekund.
-6Tímto opatřením se dosáhne toho, že vlákno je zahřáto na velmi krátkou dobu za podmínek, kdy je omezen přestup tepla z vlákna do okolí. To je důležité při ohřevu tvarovaných vláken, kde v místech kontaktů vláken s tvarovacími prvky dochází při ohřevu elektrickým proudem při použití časů delších než 100 milisekund ke zvýšenému odvodu tepla do okolí a lokální změně dosažené maximální teploty a tedy i nežádoucí nehomogenně vlastností vlákna. Použitím velmi krátkých časů ohřevu pod 10 mikrosekundu lze tuto nevýhodu termo-mechano-elektrické úpravy vláken NiTi velmi omezit ne-li téměř odstranit.
Výše uvedené způsoby se realizují zařízením, které se sestává nejméně ze zdroje vlákna a zařízení pro odběr vlákna, nejméně dvou kontaktů (2), (3), které umožňují elektrický vodivý kontakt s posouvaným vláknem (15), zdroje elektrického proudu (32) a zařízení k nastavení tahového napětí (34) působícího na vlákno, kde zdroj elektrického proudu (32) je propojen s řečenými kontakty pomocí vodičů (322) a (323) a vlákno je vedeno ze zdroje vlákna přes kontakty (2), (3), kde vlákno mezi kontakty (2) a (3) je s výhodou umístěno v ochranné atmosféře, a ze zařízení k nastavení tahového napětí (34) do zařízeni pro odběr vlákna.
Jak již bylo zmíněno, termo-elektro-mechanickou úpravou vlákna na cívkovém převíječi se dosáhne funkčních mechanických vlastností vlákna, kterých není možné dosáhnou konvenčním žíháním v trubkové odporové peci (například výrazně nižší hystereze, lineární závislosti elektrického odporu na prodloužení apod.), dále mnohem vyšší kapacity úpravy vlákna (používané rychlosti převíjení vlákna dosahují několik metrů za sekundu) ve srovnání s úpravou v trubkové peci, kde čas vystavení určitého úseku vlákna žíhací teplotě je v řádu minut. Zařízení pro termo-elektro-mechanickou kontinuální úpravu vlákna je rovněž cenově dostupné, ve srovnání s trubkovou elektrickou žíhací pecí energeticky méně náročné a svými menšími rozměry vhodné pro použiti v laboratořích, případně v provozech textilních zpracovatelů.
Je výhodné, pokud zdrojem vlákna je vstupní cívka (10), zařízením pro odběr vlákna je výstupní cívka s pohonem (20), a zařízení dále obsahuje čidlo teploty (66) vlákna umístěného mezi kontakty (2) a (3), a měřicí a řídicí jednotku (30), kde čidlo teploty je propojeno s měřicí a řídicí jednotkou (30) a měřicí a řídící jednotka (30) je propojena se zařízením k nastavení tahového napětí (34), se zdrojem elektrického proudu (32) a s výhodou je propojena s cívkami (10) a (20). Zapojením regulace maximální dosažené teploty vlákna pomocí zpětné vazby vedené od čidla teploty lze regulovat elektrický výkon tak, aby požadované funkční mechanické vlastnosti vlákna byly homogenní po celé délce upravovaného vlákna.
Popsané zařízení umožní provádět termo-elektro-mechanickou kontinuální úpravu vláken se zpětnou vazbou do regulační smyčky podle maximální dosažené teploty popsané výše a tím
-Ίomezit nebezpečí nežádoucích změn vlastností dlouhých úseků vláken žíhaných pro textilní použití.
Je výhodné, pokud zdrojem vlákna je vstupní cívka (10), zařízením pro odběr vlákna je výstupní cívka s pohonem (20), a zařízení dále volitelně obsahuje dva kontakty (4) a (5), které jsou umístěné před kontakty (2) a (3) a umožňují vodivý elektrický kontakt s posouvaným kovovým vláknem (15) a dále obsahuje dva kontakty (6) a (7), které jsou umístěny za kontakty (2) a (3) a umožňují vodivý elektrický kontakt s posouvaným kovovým vláknem (15), dále obsahuje měřicí a řídicí jednotku (30), kde měřicí a řídicí jednotka (30) je propojena s kontakty (4), (5), (6), (7) a dále je propojena se zdrojem elektrického proudu (32) a s výhodou je propojena s cívkami (10) a (20), dále s výhodou obsahuje chladící zařízeni (42).
Superelastické a tvarově-paměťové vlastnosti tepelně upraveného vlákna před úpravou pro použití v textilních materiálech musí nutně být homogenní v celé jeho délce typicky několika kilometrů. Toho je možné dosáhnout při použití konstantních parametrů žíhání, pouze pokud je mikrostruktura ve vstupním úseku vlákna konstantní. Přestože toto je výrobci vláken garantováno a většinou tomu tak je, riziko důsledků případné nehomogenity mikrostruktury vlákna je, zejména pro technické textilie určené pro lékařský průmysl, vysoké. Popsané zařízení umožní provádět termo-elektro-mechanickou kontinuální úpravu vláken se zpětnou vazbou do regulační smyčky podle odporu vlákna a tím omezit nebezpečí nežádoucích změn vlastností dlouhých úseků vláken žíhaných pro textilní použití.
Je výhodné, pokud mezi kontakty (2) a (3) zdroje elektrického proudu (32) je vlákno (15) vedeno přes tvarovací prvek (130), například elektrický nevodivý šroub, a z tvarovacího prvku je vlákno dále vedeno na výstupní cívku s pohonem (20).
Toto je výhodné například pro textilní použití, kde je v některých případech požadováno vytvářet vlákna upravená do požadovaného tvaru například spirály. Použitím tohoto zařízení se dosáhne možnosti připravovat dlouhé úseky vláken s požadovanými vlastnostmi a tvarem.
Podstata zařízení k provádění diskontinuálního způsobu termomechanické úpravy spočívá v tom, že zařízení se sestává ze dvou vodivých úchytů (84) a (85) vlákna (15), zdroje elektrického proudu (32), zařízení pro řízení tahového napětí nebo tahové deformace vlákna (38), které je propojeno s úchytem vlákna nebo přímo s vláknem (15) a zdroj elektrického proudu (32) je propojen s oběma úchyty vlákna (84) a (85), a s výhodu obsahuje měřicí a řídicí jednotku (30) propojenou se zdrojem elektrického proudu (32).
-8Na zařízení pro diskontinuální termomechanickou úpravu vláken je možné realizovat jiné podmínky žíhání s v čase se měnícím napětím nebo prodloužením vlákna, obtížně realizovatelné na zařízení pro kontinuální úpravu, a dosáhnout tak jiných vlastností vláken. Zařízení je současně možné používat pro vyhodnocení vlastností upravených vláken provedením tahové zkoušky ihned po provedení tepelné úpravy.
Je výhodné, pokud zařízení dále obsahuje tvarovací prvek (92), například tmy nebo strukturu textilie nebo strukturu kompozitního materiálu, kde vlákno (15) je mezi elektricky vodivými úchyty (84) a (85) vedeno přes tvarovací prvek (92),
Takto provedená diskontinuální úprava vláken NiTi je důležitá zejména pro tepelnou úpravu úseků vláken již zabudovaných v textilních materiálech. S výhodou se zde používá způsobu úpravy krátkým pulzem elektrického výkonu s výhodami popsanými v bodě 4, Termo-elektromechanickou diskontinuální úpravou vlákna zabudovaného v textilii nebo procházejícího přes tvarovací prvek se podaří připravit krátké úseky vláken s požadovanými vlastnostmi a tvarem.
Dále podstata vynálezu spočívá v tom, že se na termomechanicky upraveném vlákně měří nejméně jeden z následujících parametrů vlákna: elektrický odpor, teplota a průchod signálu ultrazvuku, například útlum, a následně se vyhodnotí homogenita vlákna jako hodnota vzdálenosti okamžité hodnoty měřeného parametru od očekávané hodnoty, například průměru, a na základě této vzdálenosti se vyhodnotí příznak vyhodnocení homogenity nebo nehomogenity vlákna a tento příznak se s výhodou zaznamená do měřicí a řídicí jednotky volitelně s délkovou pozicí, na které byla nehomogenita detekována.
Toto je výhodné zejména pro použití vláken NiTi v lékařských textiliích, kde je potřebné kontrolovat homogenitu vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí před jejich textilním zpracováním.
Tento způsob kontroly homogenity vlastností je realizován na zařízení k úpravě vlastností a/nebo kontroly homogenity vlákna, jehož podstata spočívá v tom, že dále obsahuje nejmeně jedno z následujících zařízení, nejméně dva kontakty (6) a (7), které umožňují vodivý elektrický kontakt s posouvaným vláknem (15) a jsou propojeny s měřicí a řídicí jednotkou (30) nebo zdrojovou a vyhodnocovací jednotku ultrazvuku (36), která je propojena s budičem ultrazvuku (62) a snímačem ultrazvuku (64), a dále je propojena s měřicí a řídicí jednotkou (30) nebo čidlo teploty (66), které je propojeno s měřicí a řídicí jednotkou (30).
-9Použitím tohoto zařízení lze kontrolovat homogenitu vlastností dlouhých úseků kovových vláken materiálů s tvarovou pamětí. Když v průběhu převíjení dlouhých úseků vlákna přístroj zaznamená hodnoty elektrického odporu ultrazvuku nebo teploty odlišné od očekávaných průměrných hodnot, systém uloží informaci, ve kterém úseku vlákna byly tyto hodnoty naměřeny a jak byly odchýleny, případně proces převíjení zastaví. Tuto informaci lze pak následně využít při dalším zpracování vlákna. To umožní například výrobci textilního materiálu vyhnout se použití vlákna poškozeného vměstkem, trhlinou či jinou poruchou, což má zásadní význam pro výrobu technických textilii pro aplikace v lékařství.
Pojmem vlákno se rozumí spojitý element z materiálu s tvarovou pamětí, jak kruhového, tak čtvercového, obdélníkového, polygonálního nebo jiného průřezu, včetně pásků (tzv. ribonů).
Pojmem materiál s tvarovou pamětí (SMA) se rozumí materiál, který vykazuje superelastické a tvarově-paměťové vlastnosti.
Pojmem funkční mechanické vlastnosti vlákna se rozumí zejména pevnost a transformační deformace a napětí, dále například tento pojem zahrnuje elastické moduly austenitu a martenzitu, zbytkovou plastickou deformaci při cyklickém namáhání, rozdíl tahového napětí horního a dolního plata superelastické hysterezní křivky, nebo průběh závislosti elektrického odporu na tahové deformaci, podíl martenzitické a R-fázové transformace.
Tvarovou pamětí se rozumí vlastnost materiálu deformovaného za nízké teploty navrátit se při ohřevu do svého původního tvaru před deformací.
Pojmem Joulovský ohřev se rozumí ohřev materiálu průchodem elektrického proudu.
Pojmem fiktivní teplota Tp se rozumí maximální dosažená teplota, na kterou by se vlákno ohřálo v případě, že teplo se dodává pouze Joulovským ohřevem a odebírá odvodem tepla do okolní atmosféry. Skutečně dosažená teplota vlákna se může od fiktivní teploty Tp mírně lišit, např. v důsledku odlišného odvodu tepla do okolí, než bylo uvažováno ve výpočtu, vedení tepla vláknem a odvodem do úchytů nebo kontaktů, vznik latentního tepla spotřebovaného na změnu mikrostruktury vlákna apod.
-10Přehled obrázků na výkresech
Vynález je blíže vysvětlen pomocí výkresů, kde jednotlivé výkresy zobrazují;
Obr. 1 Zařízení pro kontinuální termomechanickou úpravu vlákna.
Obr. 2 Zařízeni pro kontinuální termomechanickou úpravu vlákna s měřením teploty.
Obr. 3 Zařízení pro kontinuální termomechanickou úpravu vlákna s měřením odporu.
Obr. 4 Zařízení pro kontinuální termomechanickou úpravu vlákna s tvarovacím elementem.
Obr. 5 Zařízení pro diskontinuální termomechanickou úpravu vlákna.
Obr. 6 Zařízení pro diskontinuální termomechanickou úpravu vlákna s tvarovacím prvkem.
Obr 7 Zařízení pro kontinuální kontrolu homogenity vlastností vlákna.
Obr. 8 Experimentálně určená závislost transformační deformace vlákna E_mtr na fiktivní teplotě úpravy Tp v příkladu provedení 1.
Obr. 9 Tahové křivky vlákna před termomechanickou úpravou vlastností a po termomechanické úpravě vlastností v příkladu provedení 1.
Obr. 10 Experimentálně určená závislost transformační deformace vlákna E_mtr na fiktivní teplotě úpravy Tp v příkladu provedení 2.
Obr. 11 Tahové křivky vlákna před termomechanickou úpravou vlastnosti a po termomechanické úpravě vlastností v příkladu provedení 2.
Obr. 12 Záznam změny odporu vlákna na čase při diskontinuální termomechanické úpravě vlákna.
Obr. 13 Tahové křivky vlákna po diskontinuální termomechanické úpravě vlákna.
-11 Příklady provedení vynálezu
V příkladech provedení jsou použity následující symboly:
C - tepelná kapacita upravovaného vlákna [J.Á“'] h - součinitel přestupu tepla mezi upravovaným vláknem (tzn. vlákno mezi kontakty 2 a 3, resp. 84 a 85) a okolní atmosférou [W/(m2. K)]
A - povrch upravovaného vlákna (tzn. vlákno mezi kontakty 2 a 3, resp. 84 a 85), který je v kontaktu s okolní atmosférou [m2]
Texl - teplota okolní atmosféry v místě, kde již není ovlivněna disipací tepla z upravovaného vlákna [°C]
- délka upravovaného vlákna (tzn, vlákno mezi kontakty 2 a 3, resp. 84 a 85) [w] vw - rychlost upravovaného vlákna
P-elektrický výkon měřený mezi kontakty 2 a 3, resp. 84 a 85 [^]
Tp - fiktivní teplota vlákna [°C] lmtr - délka vlákna mezi kontakty 2 a 3, resp. 84 a 85 [m]
Emlr - minimální hodnota tahové deformace nutné k plné reorientaci tahového martenzitu při teplotě To -22°C (výchozí délka vlákna pro měření je definovaná po jeho ochlazení z teploty
Ta > TAf na teplotu Tg při nulové vnější napjatosti) [%]
TAf - minimální hodnota teploty vlákna, při které jeho mikrostruktura přejde plně do výchozího austenitického stavu [°C] ta - doba Joulovského ohřevu vlákna mezi kontakty 2 a 3 [s] t -doba Joulovského ohřevu vlákna při jeho diskontinuální termomechanické úpravě mezi kontakty 84 a 85 [s]
-12Vlákno použité v příkladech mělo následující chemické složení:
| Prvek | Hmotnost |%| |
| Nikl | 54.5 - 57.0 (referenční množství) |
| Titan | rovnováha do 100% |
| Uhlík | <0.05 |
| Kobalt | <0.05 |
| Měď | < 0.01 |
| Chrom | <0.01 |
| Vodík | < 0.005 |
| Železo | <0.03 |
| Niob | < 0.025 |
| Kyslík | <0.05 |
| Ostatní stopové prvky | <0.1 |
| Celkové množství stopových prvků | <0.25 |
Příklad provedení 1.
Na obr. 1 je schematicky zobrazeno zařízení pro kontinuální termomechanickou úpravu vlákna z materiálu s tvarovou pamětí. Vlákno 15 je převíjeno ze vstupní cívky 10 na výstupní cívku 20. Prvek řízení tahového napětí 34 zajišťuje udržování tahového napětí na požadované hodnotě.
Vlákno je nejprve vedeno na kontakt 2 a následně na kontakt 3. Oba kontakty jsou propojeny se zdrojem elektrického proudu 32.
Levá strana následující rovnice vyjadřuje množství tepla akumulované vláknem za jednotku času. Pravá strana rovnice vyjadřuje rozdíl tepla dodaného vláknu Joulovským ohřevem a odebraného přestupem do okolí za jednotku času.
£^).c)= P-Λ·A (r,(/)-T„.); r„
Doba Joulovského ohřevu vlákna mezi elektrodami 2 a 3 je vypočtena následovně:
Na počátku převíjení si uživatel zvolí požadovanou hodnotu transformační deformace a/nebo pevnosti a z interpolované závislosti změřených historických hodnot transformační deformace a/nebo pevnosti vlákna dosažené při různých fiktivních teplotách úpravy Tp určí požadovanou hodnotu fiktivní teploty úpravy Tp a vypočítá jí odpovídající požadovanou hodnotu elektrického výkonu P, která odpovídá řešení výše uvedené rovnice v čase ta. Mezi kontakty 2 a 3 prochází převíjeným vláknem elektrický proud o takové hodnotě, aby vlákno bylo ohříváno požadovaným elektrickým výkonem P.
-13V příkladu provedení bylo použito vlákno s průměrem 0.1 mm, vyrobeno tvářením za studená (objem finální plastické deformace 40%) a jehož mechanická odezva má tvar křivky 111 na obr 9. Požadované výsledné hodnoty tahové deformace Emtr byly 5.7 % a 7.6 %. Na základě výše popsaného postupu byly pro požadované hodnoty tahové deformace E mtr na obr. 8 odečteny hodnoty fiktivní teploty Tp 557.1°C a 834.9°C, kterým dle výpočtu odpovídají hodnoty elektrického výkonu 1.7045W a 2.5893 W. Vlákno převíjené rychlostí 51.3mm/s bylo vystaveno konstantnímu tahovému napětí o velikosti 110.6 MPa. Délka upravovaného vlákna mezi kontakty 2 a 3 byla 40mm. Deformační křivka 111 původního vlákna a deformační křivky termomechanicky upraveného vlákna pro úpravu výkonem 1.7045W 112, a pro úpravu výkonem 2.5893W 113 jsou zobrazeny v grafu na obr 9.
Z obrázku je patrné, že použitím výše popsané metody bylo dosaženo požadovaných hodnot transformační deformace. Vlákno získalo nové vlastnosti, konstantní v celé délce upravovaného vlákna.
V tomto příkladu provedení byla sledovaným požadovaným parametrem vlákna transformační deformace E_mtr. Stejným způsobem však lze tento způsob termomechanické úpravy vlákna použít na jiné požadované parametry vlákna např. pevnost, zbytková plastická deformace při cyklickém zatěžováni, rozdíl tahového napětí horního a dolního plata superelastické deformační smyčky, atd.
Příklad provedení 2.
V příkladu provedení 1 byla popsána kontinuální úprava vlákna. Příklad 2, obr 5. zobrazuje zařízení pro diskontinuální úpravu vlákna. Úsek vlákna je umístěn do úchytů 84 a 85, které jsou propojeny se zdrojem elektrického proudu 32. Kontrolní jednotka pozice a síly 38 spojená s jedním z úchytů vlákna umožňuje řízení tahové deformace nebo tahového napětí v průběhu tennomechanické úpravy vlákna. Dobu aktivního Joulovského pulzního ohřevu je možné zvolit libovolně, avšak její velikost má zásadní vliv na homogenitu vlastností vlákna. Při delších časech ohřevu dochází k lokální nehomogenitě teploty vlákna způsobené vedením tepla do úchytů a případně do tvarovacích prvků (Obr 6). Uživatelem zvolené požadované hodnotě transformační deformace a/nebo pevnosti lze z interpolované závislosti změřených historických hodnot transformační deformace a pevnosti vlákna dosazené při různých fiktivních teplotách úpravy Tp určit požadovanou hodnotu fiktivní teploty úpravy Tp a vypočítat jí odpovídající požadovanou hodnotu okamžitého elektrického výkonu P, která odpovídá řešení rovnice uvedené v příkladu 1 v čase . Zdroj elektrického proudu na základě parametrů P a vystaví vlákno
-14proudovému pulsu. Tímto procesem je získán úsek vlákna, který má upravené termomechanické vlastnosti na požadovanou hodnotu.
V příkladu provedení bylo použito vlákno s průměrem 0.1 mm, vyrobeno tvářením za studená (objem finální plastické deformace 40%) a mechanickou odezvou dle křivky 121 obrázku 11. Požadované výsledné hodnoty transformační deformace E_mtr byly 5,3 % a 6.8 %. Na základě výše popsaného postupu byly pro požadované hodnoty E_mtr odečteny ze závislosti obr. 10 hodnoty fiktivní teploty Tp 657.1 °C a 964.5°C, kterým dle výpočtu odpovídají hodnoty okamžitého elektrického výkonu 35.87W a 53.23 W. Doba aktivního Joulovského ohřevu vlákna tpí! byla stanovena na hodnotu 0.015s. Délka aktivně ohřívaného vlákna mezi kontakty 84 a 85 byla 50mm.
Deformační křivky 121 původního vlákna a křivky 122 (35.87W) a 123 (53.23 W) termomechanicky upraveného vlákna jsou zobrazeny v grafu obr 11. Z grafu je patmé, že použitím výše popsané metody bylo dosaženo požadovaných hodnot transformační deformace. Vlákno získalo nové vlastnosti, konstantní v celém upravovaném úseku vlákna.
V tomto příkladu provedení bylo použito výkonového pulsu s časově neměnným elektrickým výkonem P (t)=konst, pro t <0; t >. Je však možné s výhodou také použít časově proměnného výkonového pulsu.
Příklad provedení 3.
Obr 3. zobrazuje zařízení pro termomechanickou úpravu vlákna, které ve srovnání s příkladem provedení 1 obsahuje navíc zpětnou vazbu podle odporu jíž upraveného vlákna.
V tomto příkladu provedení využíváme znalosti změny odporu vlákna při jeho termomechanické úpravě. V grafu na obr. 12 jsou zobrazeny časové záznamy změny odporu vlákna při jeho diskontinuální termomechanické úpravě pro P(t)“konst. a době trvání pulzu (křivka 131) - Ims, (křivka 132) -6ms, (křivka 133) -1 Ims, (křivka 134) - 16ms, (křivka 135) - 21ms a v grafu na obr. 13 jsou zobrazeny jim odpovídající mechanické odezvy vlákna. Hodnota odporů jednotlivých vláken po úpravě se významně liší. Znalost závislosti poměrů odporů vlákna před a po termomechanické úpravě na požadovaném parametru vlákna (např. na transformační deformaci E_mtr) je využívána v zařízení pro kontinuální termomechanickou úpravu vlákna s měřením odporu, zobrazené na obr. 3. Odpor vlákna je měřen před úpravou vlastností vlákna mezi kontakty 4 a 5 a po úpravě mezi kontakty 6 a 7 při definované teplotě okolí. Vlákno je upraveno průchodem elektrického proudu mezí kontakty 2 a 3 a ochlazeno chladicím zařízením
-15 42 na definovanou teplotu okolí. Na počátku převíjení si uživatel zvolí požadovanou hodnotu transformační deformace nebo pevnosti a z interpolované závislosti změřených historických hodnot poměru odporů vlákna před a po úpravě na transformační deformaci nebo pevnosti vlákna odečte požadovanou hodnotu odporů vlákna po úpravě. Kontrolní jednotka 30 na základě požadovaného a změřeného odporu vlákna po úpravě řídí zdroj výkonu ve zpětné vazbě tak, aby měřený odpor po úpravě odpovídal požadované hodnotě. Pokud je odpor po úpravě menší resp. větší, kontrolní jednotka snižuje resp. zvyšuje výkon. Vlákno získalo nové vlastnosti, které jsou v rámci regulační odchylky regulátoru konstantní v celé délce vlákna za předpokladu homogenních vlastností vlákna před jeho úpravou. Hodnotu odporu změřenou mezi kontakty 4 a 5 před úpravou vlákna lze zaznamenávat kontrolní jednotkou 30 a záznam je možné použít při vyhodnocování homogenity vlákna. Stejným způsobem lze vyhodnocovat záznam odporu vlákna mezi kontakty 6 a 7 po jeho úpravě.
-16Seznam vztahových značek
- první elektrický vodivý kontakt zdroje proudu
- druhý elektrický vodivý kontakt zdroje proudu
- první elektrický vodivý kontakt měření odporu neupraveného vlákna
- druhý elektrický vodivý kontakt měření odporu neupraveného vlákna
- první elektrický vodivý kontakt měření odporu upraveného vlákna
- druhý elektrický vodivý kontakt měření odporu upraveného vlákna
- vstupní cívka s pohonem nebo brzdou, s vláknem pro úpravu
- kovové vlákno z materiálu s tvarovou pamětí
- výstupní cívka s pohonem pro navíjení vlákna s upravenými vlastnostmi
- měřicí a řídicí jednotka
- zdroj elektrického proudu
- jednotka pro řízení tahového napětí
- jednotka pro řízení tahového napětí nebo tahové deformace vlákna
- zdrojová a vyhodnocovací jednotka ultrazvuku
- chladící jednotka
- měnič ultrazvuku - budič
- měnič ultrazvuku - snímač
- pyrometrické čidlo teploty nebo IR kamera
- první elektrický vodivý úchyt diskontinuální úpravy
- druhý elektrický vodivý úchyt diskontinuální úpravy
- tvarový prvek diskontinuální úpravy, elektricky izolovaný tm
111 - deformační křivka vlákna před kontinuální úpravou
112 - deformační křivka vlákna po kontinuální úpravě pro Tp 557.1°C
113 - deformační křivka vlákna po kontinuální úpravě pro Tp 834.9°C
121 - deformační křivka vlákna před diskontinuální úpravou
122 - deformační křivka vlákna po diskontinuální úpravě pro Tp 657.1 °C
123 - deformační křivka vlákna po diskontinuální úpravě pro 964,5°C
130 - tvarovací prvek kontinuální úpravy
131 - časová změna odporu vlákna při diskontinuální úpravě pro P(t)=konst. a době trvání pulzu Ims
132 - časová změna odporu vlákna při diskontinuální úpravě pro P(t)=konst. a době trvání pulzu 6ms
133 - časová změna odporu vlákna při diskontinuální úpravě pro P(t)-konst. a době trvání pulzu llms
134 - časová změna odporu vlákna při diskontinuální úpravě pro P(t) konst, a době trvání pulzu 16ms
135 - Časová změna odporu vlákna při diskontinuální úpravě pro P(t)=konst. a době trvání pulzu 21ms
141 - mechanická odezva vlákna po diskontinuální úpravě P(t)=konst. a době trvání pulzu Ims 142 - mechanická odezva vlákna po diskontinuální úpravě P(t)=konst. a době trvání pulzu 6ms 143 - mechanická odezva vlákna po diskontinuální úpravě P(t)=konst. a době trvání pulzu 1 Ims 144 - mechanická odezva vlákna po diskontinuální úpravě P(t)-konst. a době trvání pulzu 16ms 145 - mechanická odezva vlákna po diskontinuální úpravě P(t)=konst, a době trvání pulzu 2Ims 152 - směr rotace tvarovacího prvku
154 - směr posuvu tvarovacího prvku
300 - propojení měřicí a řídicí jednotky (30) a zdroje proudu (32)
301 - propojení měřici a řídicí jednotky (30) a vstupní cívky (10)
302 - propojení měřicí a řídicí jednotky (30) a výstupní cívky (20)
303 - propojení měřicí a řídicí jednotky (30) a jednotky pro řízení tahového napětí (34)
304 - propojení měřicí a řídicí jednotky (30) a elektrický vodivého kontaktu (4)
305 - propojení měřicí a řídicí jednotky (30) a elektrický vodivého kontaktu (5)
306 - propojení měřicí a řídicí jednotky (30) a elektrický vodivého kontaktu (6)
307 - propojení měřicí a řídicí jednotky (30) a elektricky vodivého kontaktu (7)
314 - propojení čidla teploty (66) s měřicí a řídicí jednotkou (30)
315 - propojení jednotky ultrazvuku (36) s měřicí a řídicí jednotkou (30)
322 - propojení zdroje proudu a elektrický vodivého kontaktu (2)
323 - propojení zdroje proudu a elektricky vodivého kontaktu (3)
324 - propojení zdroje proudu a prvního elektricky vodivého úchytu (84)
325 - propojení zdroje proudu a druhého elektricky vodivého úchytu (85)
361 - propojení zdroje ultrazvuku a měniče ultrazvuku - budiče (62)
362 - propojení zdroje ultrazvuku a měniče ultrazvuku snímače (64)
402 - pevný rám - ukotvení úchytů a jednotky (38)
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (14)
1. Způsob termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností, zejména transformační deformace a/nebo pevnosti, kovových vláken z materiálů s tvarovou
-18pamětí, obzvláště vláken NiTi vyznačený tím, že se odebere vzorek vlákna jehož vlastnosti, zejména transformační deformace a/nebo pevnost se mají upravit;
z tohoto vzorku se zjistí závislosti mezi transformační deformací a/nebo pevností a teplotou dosaženou Joulevským ohřevem vlákna při zvoleném tahovém napětí; z této závislosti se zjistí teplota potřebná k nastavení požadované transformační deformace a/nebo pevnosti;
vypočte se elektrický výkon potřebný pro Joulovský ohřev vlákna na tuto teplotu; a následně se vlákno vystaví působení elektrického proudu potřebného k dosažení vypočteného výkonu při současném působení výše zvoleného tahového napětí.
2. Způsob termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností, zejména transformační deformace a/nebo pevnosti, kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí, obzvláště vláken NiTi vyznačený tím, že se odebere vzorek vlákna jehož vlastnosti, zejména transformační deformace a/nebo pevnost se mají upravit;
z tohoto vzorku se zjistí závislosti mezi transformační deformací a/nebo pevností a teplotou dosaženou Joulevským ohřevem vlákna při zvoleném tahovém napětí; z této závislosti se zjistí teplota potřebná k nastavení požadované transformační deformace a/nebo pevnosti;
a následně se vlákno vystaví působení elektrického proudu, jehož hodnota je regulovaná zpětnovazební smyčkou tak, aby hodnota teploty upravovaného vlákna odpovídala řečené potřebné hodnotě.
3. Způsob termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností, zejména transformační deformace a/nebo pevnosti, kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí, obzvláště vláken NiTi vyznačený tím, že se odebere vzorek vlákna jehož vlastnosti, zejména transformační deformace a/nebo pevnost se mají upravit;
z tohoto vzorku se zjistí závislosti mezi změnou elektrického odporu měřeného před a po úpravě a transformační deformací a/nebo pevností při zvoleném tahovém napětí;
-19a z této závislosti se zjistí požadovaná hodnota odporu vlákna po úpravě potřebná k nastavení požadované transformační deformace a/nebo pevnosti;
a následně se vlákno vystaví působení elektrického proudu, jehož hodnota je regulovaná zpětnovazební smyčkou tak, aby hodnota odporu po úpravě odpovídala požadované hodnotě.
4. Způsob termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle jednoho z nároků 1,2, 3 nebo 4, vyznačený tím, že hodnota použitého tahového napětí je větší než 600 MPa a současně hodnota teploty úpravy je menší než 300°C.
5. Způsob termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastnosti kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle jednoho z nároků 1,2, 3 nebo 4, vyznačený tím, že elektrický výkon a/nebo tahové napětí působící na vlákno se mění v čase.
6. Způsob termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle jednoho z nároků 1, 2, 3,4 nebo 5 vyznačený tím, že čas působení výkonu elektrického proudu na vlákno je menší než 100 milisekund.
7. Zařízení ke kontinuálnímu provádění způsobu termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle jednoho z nároků 1, 4, 5 nebo 6, vyznačené tím, že se sestává nejméně ze zdroje vlákna a zařízení pro odběr vlákna, nejméně dvou kontaktů (2), (3), které umožňují elektrický vodivý kontakt s posouvaným vláknem (15), zdroje elektrického proudu (32) a zařízení k nastavení tahového napětí (34) působícího na vlákno, kde zdroj elektrického proudu (32) je propojen s řečenými kontakty pomocí vodičů (322) a (323) a vlákno je vedeno ze zdroje vlákna přes kontakty (2), (3), kde vlákno mezi kontakty (2) a (3) je s výhodou umístěno v ochranné atmosféře, a ze zařízení k nastavení tahového napětí (34) do zařízení pro odběr vlákna.
8. Zařízení ke kontinuálnímu provádění způsobu termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle nároku 2 a nároku 7, vyznačené tím, že zdroj vlákna je vstupní cívka (10), zařízení pro odběr vlákna je výstupní cívka s pohonem (20), a zařízení dále obsahuje čidlo teploty (66) vlákna umístěného mezi kontakty (2) a (3), a měřicí a řídicí jednotku (30), kde čidlo teploty je propojeno s měřicí a řídicí jednotkou (30) a měřicí a řídicí jednotka (30) je propojena se zařízením k nastavení tahového napětí (34), se zdrojem elektrického proudu (32) a s výhodou je propojena s cívkami (10) a (20).
9. Zařízení ke kontinuálnímu provádění způsobu termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle nároku 3 a podle nároku 7 vyznačené tím, že zdroj vlákna je vstupní cívka (10), zařízení pro odběr vlákna je výstupní cívka s pohonem (20), a zařízení dále volitelně obsahuje dva kontakty (4) a (5), které jsou umístěné před kontakty (2) a (3) a umožňují vodivý elektrický kontakt s posouvaným kovovým vláknem (15) a dále obsahuje dva kontakty (6) a (7), které jsou umístěny za kontakty (2) a (3) a umožňují vodivý elektrický kontakt s posouvaným kovovým vláknem (15), dále obsahuje měřicí a řídicí jednotku (30), kde měřicí a řídicí jednotka (30) je propojena s kontakty (4), (5), (6), (7) a dále je propojena se zdrojem elektrického proudu (32) a s výhodou je propojena s cívkami (10) a (20), dále s výhodou obsahuje chladící zařízení (42).
10, Zařízení ke kontinuálnímu provádění způsobu termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle jednoho z nároků 7, 8 nebo 9, vyznačené tím, že mezi kontakty (2) a (3) zdroje elektrického proudu (32) je vlákno (15) vedeno přes tvarovací prvek (130), například elektrický nevodivý šroub.
11. Zařízení k provádění diskontinuálního způsobu termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle jednoho z nároků 1, 2, 3,4, 5 nebo 6,
-21 vyznačené tím, že se sestává nejméně ze dvou vodivých úchytů (84) a (85) vlákna (15), zdroje elektrického proudu (32), zařízení pro řízení tahového napětí nebo tahové deformace vlákna (38), které je propojeno s úchytem vlákna nebo přímo s vláknem (15) a zdroj elektrického proudu (32) je propojen s oběma úchyty vlákna (84) a (85), a s výhodu obsahuje měřicí a řídicí jednotku (30) propojenou se zdrojem elektrického proudu (32).
12. Zařízení k provádění diskontinuálního způsobu termomechanické úpravy funkčních mechanických vlastností kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí podle nároku 11, vyznačené tím, že dále obsahuje tvarovací prvek (92), například tmy nebo strukturu textilie nebo strukturu kompozitního materiálu, kde vlákno (15) je mezi elektricky vodivými úchyty (84) a (85) vedeno přes tvarovací prvek (92).
13. Způsob kontroly homogenity funkčních mechanických vlastností, zejména transformační deformace a/nebo pevnosti, kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí, obzvláště vláken NiTi, vyznačený tím, že se na termomechanicky upraveném vlákně měří nejméně jeden z následujících parametrů vlákna: elektrický odpor, teplota a průchod signálu ultrazvuku, například útlum, a následně se vyhodnotí homogenita vlákna jako hodnota vzdálenosti okamžité hodnoty měřeného parametru od očekávané hodnoty, například průměru, na základě této vzdálenosti se vyhodnotí příznak vyhodnocení homogenity nebo nehomogenity vlákna a tento příznak se s výhodou zaznamená do měřicí a řídicí jednotky, volitelně s délkovou pozicí, na které byla nehomogenita detekována.
14, Zařízení pro kontinuální provádění způsobu termomechanické úpravy a/nebo kontroly homogenity funkčních mechanických vlastností, zejména transformační deformace a/nebo pevnosti, kovových vláken z materiálů s tvarovou pamětí, obzvláště vláken NiTi podle nároku 13 a podle nároku 7, vyznačené tím, že dále obsahuje nejméně jedno z následujících zařízení: nejméně dva kontakty (6) a (7), které umožňují vodivý elektrický kontakt s posouvaným vláknem (15) a jsou
-22propojeny s měřicí a řídicí jednotkou (30), nebo zdrojovou a vyhodnocovací jednotku ultrazvuku (36), která je propojena s budičem ultrazvuku (62) a snímačem ultrazvuku (64), a měřicí a řídicí jednotkou (30), nebo čidlo teploty (66), které je propojeno s měřicí a řídicí jednotkou (30).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20090279A CZ2009279A3 (cs) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Zpusob úpravy a/nebo kontroly funkcních mechanických vlastností zejména transformacní deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálu s tvarovou pametí a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
| PCT/CZ2010/000058 WO2010127646A2 (en) | 2009-05-04 | 2010-05-04 | A method of heat treatment and/or inspection of functional mechanical properties, particularly transformation strain and/or strength, of shape memory alloy filaments and apparatus for the application of this method |
| US13/262,899 US20120018413A1 (en) | 2009-05-04 | 2010-05-04 | Method of heat treatment and/or inspection of functional mechanical properties, particularly transformation strain and/or strength, of shape memory alloy filaments and apparatus for the application of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20090279A CZ2009279A3 (cs) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Zpusob úpravy a/nebo kontroly funkcních mechanických vlastností zejména transformacní deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálu s tvarovou pametí a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2009279A3 true CZ2009279A3 (cs) | 2010-12-08 |
Family
ID=42865077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20090279A CZ2009279A3 (cs) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Zpusob úpravy a/nebo kontroly funkcních mechanických vlastností zejména transformacní deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálu s tvarovou pametí a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120018413A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ2009279A3 (cs) |
| WO (1) | WO2010127646A2 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014117929A1 (de) | 2013-12-05 | 2015-06-11 | Fyzikalni Ustav Av Cr, V.V.I. | Druck- und/oder Kraftgeber |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009103159A1 (en) * | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Canadian Space Agency | Feedback control for shape memory alloy actuators |
| US9869782B2 (en) * | 2012-10-22 | 2018-01-16 | Proportional Technologies, Inc. | Method and apparatus for coating thin foil with a boron coating |
| US10426976B1 (en) | 2016-06-22 | 2019-10-01 | The University Of Toledo | Nitinol organ positioner to prevent damage to healthy tissue during radiation oncology treatments |
| US11533790B2 (en) * | 2017-10-12 | 2022-12-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Induction cooker |
| CN113447388A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 重庆市潼南区九橡化大环保科技有限公司 | 沥青延度仪校准试件及其制备方法、校准方法 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2334843A (en) * | 1939-09-16 | 1943-11-23 | Arthur C Ruge | Strain gauge with thermal current control |
| US2470051A (en) * | 1947-06-14 | 1949-05-10 | Baldwin Locomotive Works | Electrical impedance filament and the method of making same |
| DE1266335B (de) * | 1964-08-19 | 1968-04-18 | Siemens Ag | Einrichtung zur Regelung der Gluehtemperatur bei einer Drahtanlage |
| US3953253A (en) | 1973-12-21 | 1976-04-27 | Texas Instruments Incorporated | Annealing of NiTi martensitic memory alloys and product produced thereby |
| JPS6283455A (ja) | 1985-10-04 | 1987-04-16 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ＮｉＴｉ形状記憶合金材の成形法 |
| JP2514932B2 (ja) * | 1986-06-06 | 1996-07-10 | 株式会社古河テクノマテリアル | 形状記憶合金線材の直線形状記憶処理方法 |
| JPH01290718A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-22 | Babcock Hitachi Kk | 熱処理温度の制御方法 |
| US5312152A (en) * | 1991-10-23 | 1994-05-17 | Martin Marietta Corporation | Shape memory metal actuated separation device |
| US5763979A (en) * | 1996-02-29 | 1998-06-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Actuation system for the control of multiple shape memory alloy elements |
| WO2002026410A2 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | National Institutes Of Health | Method to fabricate continuous lengths of helical coil shaped memory wire |
| DE10119788C2 (de) * | 2001-04-23 | 2003-08-07 | Siemens Ag | Wärmeleitfähigkeitsdetektor |
| US6550341B2 (en) * | 2001-07-27 | 2003-04-22 | Mide Technology Corporation | Method and device for measuring strain using shape memory alloy materials |
| CN1450181A (zh) * | 2002-04-09 | 2003-10-22 | 广东省钢铁研究所 | 钢丝热处理与调直复合加工工艺及其装置 |
| JP4168151B2 (ja) | 2002-06-04 | 2008-10-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 極細形状記憶合金ワイヤ、それを用いた複合材料とその製造方法 |
| US6936496B2 (en) * | 2002-12-20 | 2005-08-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nanowire filament |
| CN101253278A (zh) | 2005-04-04 | 2008-08-27 | 远程接合技术公司 | 灵敏记忆合金控制 |
| FR2886181B1 (fr) * | 2005-05-27 | 2008-12-26 | Snecma Moteurs Sa | Procede de fabrication d'une piece tubulaire avec un insert en materiau composite a matrice metallique |
| JP3989506B2 (ja) * | 2005-12-27 | 2007-10-10 | シャープ株式会社 | 可変抵抗素子とその製造方法ならびにそれを備えた半導体記憶装置 |
| US7650914B2 (en) * | 2006-06-22 | 2010-01-26 | Autosplice, Inc. | Apparatus and methods for filament crimping and manufacturing |
| GB2441589A (en) | 2006-09-05 | 2008-03-12 | Anthony Walter Anson | Heat treatment method for composite textiles |
-
2009
- 2009-05-04 CZ CZ20090279A patent/CZ2009279A3/cs unknown
-
2010
- 2010-05-04 WO PCT/CZ2010/000058 patent/WO2010127646A2/en active Application Filing
- 2010-05-04 US US13/262,899 patent/US20120018413A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014117929A1 (de) | 2013-12-05 | 2015-06-11 | Fyzikalni Ustav Av Cr, V.V.I. | Druck- und/oder Kraftgeber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120018413A1 (en) | 2012-01-26 |
| WO2010127646A3 (en) | 2011-04-14 |
| WO2010127646A2 (en) | 2010-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ2009279A3 (cs) | Zpusob úpravy a/nebo kontroly funkcních mechanických vlastností zejména transformacní deformace a/nebo pevnosti kovových vláken z materiálu s tvarovou pametí a zarízení k provádení tohoto zpusobu | |
| Kosiba et al. | Transient nucleation and microstructural design in flash-annealed bulk metallic glasses | |
| Delville et al. | Microstructure changes during non-conventional heat treatment of thin Ni–Ti wires by pulsed electric current studied by transmission electron microscopy | |
| EP2496724B1 (en) | Ni-Ti SEMI-FINISHED PRODUCTS AND RELATED METHODS | |
| WO2014145747A1 (en) | Methods for shaping high aspect ratio articles from metallic glass alloys using rapid capacitive discharge and metallic glass feedstock for use in such methods | |
| Casati et al. | Effect of electrical heating conditions on functional fatigue of thin NiTi wire for shape memory actuators | |
| Panton et al. | Thermomechanical fatigue of post-weld heat treated NiTi shape memory alloy wires | |
| Verma et al. | A new method for determining the Curie temperature using a dilatometer | |
| Iasnii et al. | Degradation of functional properties of pseudoelastic NiTi alloy under cyclic loading: an experimental study | |
| JP4532543B2 (ja) | 形状記憶合金ワイヤの連続的品質制御の方法および装置 | |
| Knobel et al. | Joule heating in amorphous metallic wires | |
| JP5474214B2 (ja) | ワイヤ電極アニール処理方法及びワイヤ放電加工機 | |
| Malvasio et al. | Shape memory behavior of sputter-deposited Ni46. 2Ti51. 1Co2. 7 (at.%) thin films | |
| Bae et al. | Deformation behavior of Ti–Zr–Ni–Cu–Be metallic glass and composite in the supercooled liquid region | |
| Kotil et al. | Transformation and detwinning induced electrical resistance variations in NiTiCu | |
| Rehman et al. | Improvement in the mechanical properties of high temperature shape memory alloy (Ti50Ni25Pd25) by copper addition | |
| US20150139270A1 (en) | Non-destructive determination of volumetric crystallinity of bulk amorphous alloy | |
| Santiago et al. | Thermomechanical characterization of superelastic Ni-Ti SMA helical extension springs manufactured by investment casting | |
| Airoldi et al. | Mechanical and electrical properties of a NiTi shape memory alloy | |
| JPS61227141A (ja) | ＮｉＴｉ系形状記憶合金線 | |
| Pinter et al. | The influence of stress and heat on the transformation behaviour of NiTi for actuator applications in extruded aluminium matrix composites | |
| Corte-León et al. | Novel Sensing Technique for Non-destructive Composites Monitoring | |
| Babu et al. | Experimental investigation on shape recovery force of shape memory alloy (nitinol) at various temperatures under constant strain | |
| Wagner et al. | Evolution of microstructural parameters during cycling of NiTi and their effect on mechanical and thermal memory | |
| Russew et al. | Experimental Methods for Determination of the Magnitude and Temperature Dependence of the Viscosity of Amorphous Metallic Alloys |