CN104099544A

CN104099544A - 形状记忆合金获得全程记忆效应的方法

Info

Publication number: CN104099544A
Application number: CN201310117766.3A
Authority: CN
Inventors: 李艳锋; 高宝东; 米绪军; 尹向前; 解浩峰
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2013-04-07
Filing date: 2013-04-07
Publication date: 2014-10-15

Abstract

本发明涉及一种形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，包括如下步骤：（1）将形状记忆合金在真空环境下进行高温固溶热处理；（2）炉冷或淬火；（3）然后，进行双级时效热处理，使形状记忆合金获得全程记忆效应。本方法相比传统的时效处理，能明显提高形状记忆合金的全程记忆回复率，同时也能提高全程记忆效应的热循环稳定性。利用本方法制备的具有全程记忆效应的形状记忆合金可制成驱动器件，制成的驱动件具有驱动力小，驱动位移大的特点，可应用在微动开关、玩具、热机模型等领域。

Description

形状记忆合金获得全程记忆效应的方法

技术领域

本发明涉及一种形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，特别是一种对形状记忆合金在约束状态下进行双级时效，使得形状记忆合金具有良好的全程记忆效应的制备方法。

背景技术

形状记忆效应是指材料在马氏体状态受力发生形变后，当温度升高至母相状态时，材料的形状恢复到形变前形状的现象。全程记忆效应是指材料在马氏体相变结束温度（M_f）以下变形，加热到母相相变结束温度（A_f）以上时，恢复母相的原始形状，进一步冷却至M_f以下时，材料形状变至加热时相反方向的形状，在随后的加热冷却循环过程中，呈现可逆的形状记忆效应。目前，利用形状记忆合金的全程记忆效应制成的驱动件具有驱动力小，驱动位移大的特点，应用在微动开关、玩具、热机模型等领域。

目前常用的获得全程记忆效应的方法是将富Ni的NiTi合金进行中温时效处理，该方法获得的全程记忆回复率较低，通常约为60～80%，此外，全程记忆效应随热循环次数的增加，回复率逐步减弱，全程记忆效应的热循环稳定性较差。因此，提供一种回复率高，热稳定性较高的使形状记忆合金具有良好的全程记忆效应的制备方法就成为该技术领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，本方法对形状记忆合金在约束状态下进行双级时效的处理，使得形状记忆合金具有良好的全程记忆效应。

为实现所述目的，本发明是通过以下技术方案达到的：

一种形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，包括如下步骤：

（1）将形状记忆合金在真空环境下进行高温固溶热处理；

（2）炉冷或淬火；

（3）然后，进行双级时效（定型）热处理，使形状记忆合金获得全程记忆效应。

步骤（1）中，所述形状记忆合金为富Ni的TiNi合金或TiNiCr三元合金，其中Ni元素的原子百分含量为50.5～51.5%。

步骤（1）中，所述的高温固溶热处理制度为：固溶温度为850～900℃，固溶时间为1～3h。

步骤（3）中，所述的双级时效（定型）热处理制度为：一级时效温度为480～580℃，时效时间为1～5h；二级时效温度为400～500℃，时效时间为1～20h。

在本发明的使形状记忆合金获得全程记忆效应的方法中，可先将形状记忆合金板材或丝材，在高温固溶热处理之前先进行表面清洗，去除油污。

本发明的形状记忆合金全程记忆效应的制备方法，先将形状记忆合金板材（或丝材）表面清洗，去除油污，然后在真空环境下进行固溶热处理，固溶温度850～900℃，固溶时间为1～3h，固溶后炉冷或淬火，最后进行定型双级时效热处理，一级时效温度480～580℃，时效时间为1～5h；二级时效温度400～500℃，时效时间为1～20h。

本发明的优点：本发明的使形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，它是将形状记忆合金在高温固溶处理后进行双级定型时效热处理，获得细小弥散的Ti₃Ni₄相，Ti₃Ni₄相起到沉淀强化的作用，并由沉淀强化产生的共格应变能提高全程记忆效应，相比传统的时效处理，能明显提高形状记忆合金的全程记忆回复率，同时也能提高全程记忆效应的热循环稳定性。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1是全程记忆效应的过程示意图。

图2是全程记忆回复率测试方法示意图。

图3是本发明实施例1所得形状记忆合金与现有形状记忆合金的全程记忆回复率测试结果。

图4是本发明实施例2所得形状记忆合金与现有形状记忆合金的全程记忆回复率测试结果。

具体实施方式

以下首先结合附图说明本发明全程记忆效应的过程和全程记忆回复率测试方法。

如图1所示为全程记忆效应的过程示意图，形状记忆合金板材固溶热处理后为平直的原始状态1，将其定型成形状2并进行双级时效热处理，双级时效处理后形状记忆合金板材具有全程记忆效应，将其冷却至M_f温度（马氏体转变终了温度）以下时，形状变至定型相反方向的形状3，将其加热至A_f温度（使用温度）以上时，形状回复至母相状态形状2，再次冷却至M_f温度以下时，形状变至定型相反方向的形状3，如此冷热循环时，呈现出可逆的形状记忆效应。

目前尚无统一的测试方法来测试和表征形状记忆合金的全程记忆效应，为方便说明具体实施例，本发明采用如图2所示的全程记忆回复率测试方法，具有全程记忆效应的记忆合金定型后的原始形状如图2中21，圆心角为θ₀，将其冷却至M_f温度以下时，形状如图2中22，圆心角为θ₁，将其加热至A_f温度以上时，形状如图2中23，圆心角为θ₂，全程记忆回复率计算公式如下：

冷却过程回复率：η_C=[（θ₀－θ₁）/θ₀]×100%

加热过程回复率：η_H=[（θ₀－θ₂）/θ₀]×100%

实施例1

本发明是一种NiTi合金全程记忆效应的制备方法，合金成分（原子百分含量）为51%的Ni和49%的Ti。NiTi合金板材厚度0.2mm，宽度8mm，长度15mm，制备过程如下：

（1）将NiTi合金板材在真空炉中进行固溶处理，固溶温度900℃，固溶时间为1h，固溶后淬火。

（2）将NiTi合金板材在电阻炉中进行双级时效处理，一级时效温度550℃，时效时间为2h；二级时效温度450℃，时效时间为5h。

在上述形状记忆合金获得全程记忆效应的方法中，可先将形状记忆合金板材，在固溶处理之前先进行表面清洗，去除油污。

采用传统方法使上述形状记忆合金获得全程记忆效应，传统制备方法如下：将NiTi合金板材在真空炉中进行固溶处理，固溶温度900℃，固溶时间为1h，固溶后淬火。将NiTi合金板材在电阻炉中进行时效处理，一级时效温度550℃，时效时间为2h。

将本发明形状记忆合金全程记忆效应的制备方法与传统方法进行比较，测试经过本发明形状记忆合金全程记忆效应的制备方法与传统方法处理的形状记忆合金的全程记忆回复率，测试20次热循环的结果如图3所示，其中，方块实心曲线为本实施例η_C，方块空心曲线为传统方法η_C，三角实心曲线为本实施例η_H，三角空心曲线为传统方法η_H，采用本发明方法制备的形状记忆合金在冷却过程中最大的η_H为93.1%，明显优于传统方法的86.5%；采用本发明方法制备的形状记忆合金在加热过程中最大的η_C为86.0%，明显优于传统方法的81.2%。此外，从图中也可看出本发明方法制备的形状记忆合金比传统方法获得的形状记忆合金的全程记忆效应热机械稳定性更好。

实施例2

本发明是一种NiTiCr合金全程记忆效应的制备方法，合金成分（原子百分含量）为50.8%的Ni，49.0%的Ti和0.2%的Cr。NiTiCr合金板材厚度0.3mm，宽度10mm，长度25mm，制备过程如下：

（1）将NiTiCr合金板材在真空炉中进行固溶处理，固溶温度850℃，固溶时间为2h，固溶后淬火。

（2）将NiTiCr合金板材在电阻炉中进行双级时效处理，一级时效温度520℃，时效时间为2h；二级时效温度400℃，时效时间为10h。

采用传统方法使上述形状记忆合金获得全程记忆效应，传统制备方法如下：将NiTiCr合金板材在真空炉中进行固溶处理，固溶温度850℃，固溶时间为2h，固溶后淬火。将NiTiCr合金板材在电阻炉中进行时效处理，一级时效温度520℃，时效时间为2h。

将本发明形状记忆合金全程记忆效应的制备方法与传统方法进行比较，测试经过本发明形状记忆合金全程记忆效应的制备方法与传统方法处理的形状记忆合金的全程记忆回复率，测试20次热循环的结果如图4所示，其中，方块实心曲线为本实施例η_C，方块空心曲线为传统方法η_C，三角实心曲线为本实施例η_H，三角空心曲线为传统方法η_H，采用本发明方法制备的形状记忆合金在冷却过程中最大的η_H为90.4%，明显优于传统方法的形状记忆合金的85.6%；采用本发明方法制备的形状记忆合金在加热过程中最大的η_C为83.5%，明显优于传统方法制备的形状记忆合金的79.6%。此外，从图中也可看出本发明方法制备的形状记忆合金比传统方法获得的形状记忆合金全程记忆效应热循环稳定性更好。

对于富Ni的TiNi合金或TiNiCr三元合金，按照本发明方法先进行高温固溶热处理，温度为850～900℃，固溶时间为1～3h，炉冷或淬火后，再进行双级时效热处理，一级时效温度为480～580℃，时效时间为1～5h；二级时效温度为400～500℃，时效时间为1～20h，处理后均可获得比传统方法更好的全程记忆效应。

由此可见，本发明方法相比传统的时效处理，能明显提高形状记忆合金的全程记忆回复率，同时也能提高全程记忆效应的热循环稳定性。利用本方法制备的具有全程记忆效应的形状记忆合金可制成驱动器件，制成的驱动件具有驱动力小，驱动位移大的特点，可应用在微动开关、玩具、热机模型等领域。

Claims

1.一种形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，包括如下步骤：

（1）将形状记忆合金在真空环境下进行高温固溶热处理；

（2）炉冷或淬火；

（3）然后，进行双级时效热处理，使形状记忆合金获得全程记忆效应。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，其特征在于：所述的高温固溶热处理制度为：固溶温度为850～900℃，固溶时间为1～3h。

3.根据权利要求1所述的形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，其特征在于：所述的双级时效热处理制度为：一级时效温度为480～580℃，时效时间为1～5h；二级时效温度为400～500℃，时效时间为1～20h。

4.根据权利要求1所述的形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，其特征在于：所述的形状记忆合金为富Ni的TiNi合金或TiNiCr三元合金。

5.根据权利要求4所述的形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，其特征在于：所述的形状记忆合金中，Ni元素的原子百分含量为50.5～51.5%。

6.根据权利要求5所述的形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，其特征在于：所述的形状记忆合金为板材或丝材。

7.根据权利要求6所述的形状记忆合金获得全程记忆效应的方法，其特征在于：在高温固溶热处理之前，先将形状记忆合金进行表面清洗，去除油污。