[發(fā)明專利]一種大電流脈沖快速處理鐵基形狀記憶合金的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710049566.3
• 申請(qǐng)日: 2007-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN101092679A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寧;楊世洲;文玉華;劉文博;張偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/58
• 分類號(hào): C22C38/58;C22C30/00;C21D10/00;C22F3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及形狀記憶合金領(lǐng)域，具體涉及一種大電流脈沖快速處理鐵基形狀記憶合金的方法。用該方法制備的鐵基形狀記憶合金具有高的形狀回復(fù)率和可回復(fù)變形量，具有制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、處理時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。可在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，管接頭等緊固連接元件及傳感元件等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

背景技術(shù)

形狀記憶效應(yīng)是指變形后的某種材料受熱超過一定溫度時(shí)能全部或部分恢復(fù)到原來未變形的形狀。具有這種效應(yīng)的合金稱為形狀記憶合金，它是一種集感知和驅(qū)動(dòng)于一體的新型功能材料。鐵基形狀記憶合金不僅價(jià)格便宜、強(qiáng)度高、加工容易、而且相變點(diǎn)高、熱滯大，在一次性連接緊固元件，特別是管接頭中有著廣泛的應(yīng)用前景。就形狀記憶合金的性能而言，影響管接頭連接工藝和性能的因素有兩個(gè)：(1)無約束狀態(tài)下形狀記憶合金的可恢復(fù)變形量太小。它對(duì)被接管和管接頭加工精度有很高的要求，給工程應(yīng)用造成了很大的困難。而大的可回復(fù)變形量，可降低加工精度要求、增加工藝裕度、簡(jiǎn)化連接工藝；(2)約束狀態(tài)下形狀記憶合金加熱后產(chǎn)生的恢復(fù)應(yīng)力的大小。它直接影響到連接后的密封性和抗拉拔性的好壞。目前鐵基形狀記憶合金除可回復(fù)變形量?jī)H為2.5％外，還存在回復(fù)應(yīng)力小(約100MPa)和應(yīng)力松弛的問題。因此該材料并未獲得廣泛應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)外提高鐵基形狀記憶合金形狀記憶效應(yīng)的方法主要有以下幾種：

(1)合金化處理

這種方法主要是利用Mn、Si、Cr、Ni、RE改變合金的Ms、As、Af以及母相的層錯(cuò)能，提高母相的強(qiáng)度以及降低應(yīng)力誘發(fā)γ→ε馬氏體相變臨界應(yīng)力來促進(jìn)應(yīng)力誘發(fā)γ→ε馬氏體轉(zhuǎn)變及其逆相變。這種方法可以使鐵基形狀記憶合金的形狀可回復(fù)變形量達(dá)3.2％。從工程應(yīng)用的角度看，其形狀可回復(fù)率偏低。并且考慮到合金的使用溫度、合金使用性能的要求以及其價(jià)格等因素，其加入量應(yīng)在一定范圍之內(nèi)。

(2)熱-機(jī)械循環(huán)訓(xùn)練

“熱-機(jī)械循環(huán)訓(xùn)練”指變形加中間退火的反復(fù)過程，是提高Fe-Mn-Si系合金形狀記憶效應(yīng)的有效方法之一。它是隨著“熱-機(jī)械循環(huán)訓(xùn)練”次數(shù)的增加，合金的形狀恢復(fù)率呈上升趨勢(shì)，到達(dá)一定訓(xùn)練次數(shù)后，形狀恢復(fù)率達(dá)到一較高的穩(wěn)定值。此種方法由于工藝過程煩瑣，要不斷進(jìn)行形變與中間退火，從工程應(yīng)用的角度來看實(shí)施起來比較困難。并且對(duì)于有些合金本身具有較好的形狀記憶效應(yīng)，訓(xùn)練的作用就不太顯著。

(3)析出強(qiáng)化

在形狀記憶合金基體中彌散析出第二相粒子，可以強(qiáng)化基體，在外力的作用下，可以抑制不可逆的塑性變形的發(fā)生，使合金的變形盡量由應(yīng)力誘發(fā)ε馬氏體來承擔(dān)，從而提高合金的形狀記憶效應(yīng)。通過向Fe-Mn-Si基合金添加少量Nb和C可以大大改進(jìn)其形狀記憶效應(yīng)，通過時(shí)效析出NbC析出物即可獲得良好的形狀恢復(fù)性能。但通過固溶時(shí)效處理促使第二相NbC粒子析出一般所用的時(shí)間較長(zhǎng)，往往會(huì)影響生產(chǎn)效率的提高。

電脈沖處理技術(shù)是材料領(lǐng)域新興的處理工藝。國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別采用外電場(chǎng)介入的方法，研究在外電場(chǎng)作用下，金屬缺陷的自修復(fù)、對(duì)金屬回復(fù)再結(jié)晶的影響、對(duì)微裂紋的抑制、對(duì)金屬超塑性的影響等方面的工作，取得了很多研究成果。但使用大電流脈沖快速處理鐵基形狀記憶合金的研究還鮮有人報(bào)道，特別是使用大電流脈沖作用于變形處理的鐵基形狀記憶合金，促進(jìn)第二相快速析出，從而提高了合金形狀記憶效應(yīng)還未見報(bào)道。本發(fā)明通過使用自制的RC充放電脈沖電源設(shè)備，處理了鐵基形狀記憶合金，在60秒以內(nèi)的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了第二相快速析出，使合金的形狀恢復(fù)率得到極大提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大電流脈沖快速處理鐵基形狀記憶合金的制備方法。該方法可使合金獲得高的形狀回復(fù)率和可回復(fù)變形量，并且工藝方法簡(jiǎn)單，對(duì)材料的形狀限制小，工程應(yīng)用方便，電流脈沖處理時(shí)間短，能顯著提高效率。

本發(fā)明可提供絲狀、塊狀、棒狀、管狀等形狀的鐵基形狀記憶合金，其特征在于化學(xué)成分Mn14～30％，Si3～7％，Cr7～12％，Ni4～6％，C0.01～0.2％，Nb0.1～2％(均為質(zhì)量百分比)，余量為鐵。與現(xiàn)有鐵基形狀記憶合金的制備方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明是利用大電流脈沖快速處理鐵基形狀記憶合金塊體材料，其處理的每一個(gè)脈沖能量可調(diào)，電學(xué)參數(shù)中電容為10～10000μF，電壓為1～600v，脈沖頻率0.5～500Hz。因此，可以通過靈活地控制脈沖電流密度、脈寬、脈沖頻率和脈沖次數(shù)，分別對(duì)不同成分和不同形狀的鐵基形狀記憶合金部件進(jìn)行處理，從而大大改善了處理的效果，縮短了處理的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。