[發(fā)明專利]一種利用氫致膨脹效應(yīng)的可調(diào)變形復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN113059156A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周承商;劉詠;段中元
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F10/00;B22F3/24;B23P15/00;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00;C23C14/16;C23C14/35;C23C14/58;B32B15/16;B32B15/01;B32B15/18;B32B15/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

1.一種利用氫致膨脹效應(yīng)的可調(diào)變形復(fù)合結(jié)構(gòu)；其特征在于：復(fù)合體由金屬A和材料B復(fù)合組成；所述金屬A具有吸氫膨脹能力；所述材料B不具備吸氫膨脹能力或在同等條件下吸氫膨脹能力小于金屬A的吸氫膨脹能力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用氫致膨脹效應(yīng)的可調(diào)變形復(fù)合結(jié)構(gòu)；其特征在于：所述金屬A包括但不限于，鈦、釩、鋯、鉿、鈀、稀土及其合金。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用氫致膨脹效應(yīng)的可調(diào)變形復(fù)合結(jié)構(gòu)；其特征在于：材料B包括但不限于，碳鋼、合金鋼、不銹鋼、銅合金、鈦鋁合金、高溫合金、難熔合金中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用氫致膨脹效應(yīng)的可調(diào)變形復(fù)合結(jié)構(gòu)；其特征在于：由金屬A和材料B組成的復(fù)合體，連接處為緊密的冶金連接，且金屬A和材料B在變形激活條件下具有一定的塑性，材料延伸率應(yīng)2％。在金屬A膨脹導(dǎo)致整個材料變形時，復(fù)合結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)任何宏觀或微觀裂紋。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的可調(diào)變形復(fù)合結(jié)構(gòu)的變形激活過程；其特征在于：其變形包括下述步驟：

步驟一

將由金屬A和材料B組成的復(fù)合體，置于氫氣、或含氫氣體環(huán)境下，施加可使吸氫金屬A發(fā)生吸氫的溫度，吸氫金屬A發(fā)生膨脹，導(dǎo)致整個復(fù)合體變形，復(fù)合體變形可以但不限于：伸長、彎曲、扭轉(zhuǎn)；得到變形件；

對于需要回復(fù)原狀的物件，完成步驟一的變形后，還需步驟二；

步驟二

將步驟一所得的變形復(fù)合體，置于不含氫、或低氫含量氣體環(huán)境下，施加可使吸氫金屬A釋放氫氣的溫度；吸氫金屬A發(fā)生收縮，導(dǎo)致整個復(fù)合體回復(fù)原狀。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用氫致膨脹效應(yīng)的變形激活過程；其特征在于：變形過程中，通過調(diào)節(jié)環(huán)境氫氣含量、或氫氣濃度、或氫氣分壓、或溫度，以控制吸氫金屬A的吸氫量，從而控制復(fù)合體的變形量；所述氫氣含量、或氫氣濃度、或氫氣分壓、或溫度由所選用的吸氫金屬A的物理化學(xué)屬性決定。

7.一種如權(quán)利要求1-4任意一項所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括：通過傳統(tǒng)金屬制備加工方法制得所述復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述傳統(tǒng)金屬制備加工方法包括但不限于：軋制、鍛壓、擠壓，擴散焊、摩擦焊、爆炸復(fù)合中的至少一種；或

通過金屬薄膜制備方法制得所述復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述金屬薄膜制備方法包括但不限于：化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍中的至少一種；或

通過3D打印技術(shù)包括但不限于：鋪粉式激光打印、電子束打印，送粉式激光或電子束打印，熔絲電子束打印，粘結(jié)劑噴射3D打印，粉末光固化3D打印中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的復(fù)合材料制備方法；其特征在于還可以采用：以所述材料B作為基底，在含氫環(huán)境中進行3D打印，得到含氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)；

或

以所述金屬A作為基底，先對基底金屬A進行吸氫處理；然后再含氫環(huán)境下在基底材料A上進行3D打印，得到含氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)；

或

以所述材料B作為基底，在含氫環(huán)境中鍍上金屬A的薄膜，得到含氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)；

或

以所述金屬A作為基底，先對基底金屬A進行吸氫處理；在含氫環(huán)境中鍍上材料B的薄膜，得到含氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的含氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：其變形可通過：將含氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)置于不含氫、或低氫含量氣體環(huán)境下，施加可使吸氫金屬A釋放氫氣的溫度；吸氫金屬A發(fā)生收縮，導(dǎo)致整個復(fù)合體變形，復(fù)合體變形可以但不限于：伸長、彎曲、扭轉(zhuǎn)；然后得到變形件；

如需使變形件重復(fù)回復(fù)-變形的過程，通過吸氫和放氫來控制。

10.一種如權(quán)利要求1-4任意一項所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其特征在于：所述復(fù)合結(jié)構(gòu)

的應(yīng)用包括用于密封、緊固、壓緊釋放、機器人、智能變形結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的至少一種。