[發明專利]一種形狀記憶合金微絲加工工藝

有效

• 申請號: 202010951908.6
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN111961996B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 金明江;金學軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;無錫東創智能材料科技有限公司
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22F1/02;B21C1/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

本發明提供一種形狀記憶合金微絲加工工藝，將形狀記憶合金絲材進行多次冷拉拔，相鄰二次冷拉拔之間進行退火處理，即得所需的形狀記憶合金微絲。本發明提供的一種形狀記憶合金微絲加工工藝，將表面結構控制和退火、冷拉拔相結合的技術路線，通過等離子氣氛下的退火技術，最終獲得性能優異的形狀記憶合金微絲特別是鎳鈦形狀記憶合金微絲材料，符合智能驅動元件的國際標準，且易于產業化推廣，具有重要戰略價值。

技術領域

本發明屬于合金材料的技術領域，涉及一種形狀記憶合金微絲加工工藝。

背景技術

形狀記憶合金是一種集位移感知和驅動于一體的智能材料，在航天航空、微電子、生物醫用及機器人等領域具有廣泛的應用。形狀記憶合金作為智能驅動元件應用，根據不同的應用場景，可以選擇主要形式包括絲材、薄膜或彈簧。其中，主動式驅動器件中多使用形狀記憶合金絲材作為執行元件，相對彈簧而言，絲材具有更高的響應頻率、能率和使用壽命。因此，形狀記憶合金絲材加工工藝對于元件壽命至關重要。

隨著形狀記憶合金驅動元件在微電子領域的推廣，市場對形狀記憶合金微絲，尤其是直徑低于100微米材料需求不斷增長。而形狀記憶合金微絲的比表面積相對更大，表面質量控制對于微絲元件的品質起到關鍵作用，目前常規的拉拔制備技術無法滿足微絲制備質量控制要求。存在幾個問題：1)按照常規工藝，表面氧化現象非常嚴重，同時使用石墨或乳液潤滑劑導致的殘留問題不易解決；2)絲材表面機械拋光處理后，潤滑效果變差，拉拔過程容易發生斷絲現象；3)如果使用化學法拋光，絲材表面會出現大量孔洞。因此，亟需提出新的技術手段解決形狀記憶合金微絲的制備。

目前使用最成熟的形狀記憶合金材料是鎳鈦形狀記憶合金，鎳鈦形狀記憶合金的絲材加工方式包括以下典型步驟：1)熔煉、鑄錠，高溫鍛打，熱軋盤圓，得到直徑5～8mm的粗線材；2)使用熱拉拔，將形狀記憶合金絲材降至3mm左右；3)冷拉拔和退火處理交替進行，直至0.5mm左右的直徑；4)矯直處理和熱機械訓練，確保絲材的性能符合驅動元件的要求。但是，鎳鈦形狀記憶合金驅動元件絲材的表面往往存在大量缺陷，包括氧化、潤滑液與絲材反應物等，嚴重影響絲材的壽命。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種形狀記憶合金微絲加工工藝，將表面結構控制和退火、冷拉拔相結合的技術路線，通過退火過程中的等離子環境氣氛和退火溫度、時間的精確控制，獲得兼具潤滑性、致密性的優異表面結構，最終獲得性能優異的形狀記憶合金微絲特別是鎳鈦形狀記憶合金微絲材料。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種形狀記憶合金微絲加工工藝，將形狀記憶合金絲材進行多次冷拉拔，相鄰二次冷拉拔之間進行退火處理，以提供所需的形狀記憶合金微絲。

優選地，所述形狀記憶合金絲材選用的形狀記憶合金為鎳鈦基形狀記憶合金。

優選地，所述形狀記憶合金絲材的初始直徑所述形狀記憶合金絲材的初始直徑為常規細絲的直徑。

優選地，所述冷拉拔采用的模具為金剛石拉絲模具。

優選地，所述冷拉拔的減面率為4～15％。所述冷拉拔隨著絲材直徑的降低，減面率也逐步降低。所述減面率是指絲材冷拉拔變形的變形量，用于說明通過拉絲模具進行拉絲后，出口端絲材面積相比進口處絲材面積降低量，其數值過小則效率低下，數值過高則容易發生斷絲現象。通過冷拉拔的減面率及絲材的目標尺寸，可以獲得冷拉拔的具體次數。

更優選地，當所述形狀記憶合金絲材的直徑≥0.1mm時，所述冷拉拔的減面率為10-15％；當所述形狀記憶合金絲材的直徑為≤0.1mm時，所述冷拉拔的減面率為5-7％。

優選地，所述退火處理在等離子氣氛下進行。

更優選地，所述等離子氣氛條件為：氣氛：為甲烷和氬氣的混合氣體，所述甲烷與氬氣的體積比為1：1～7；真空度：10^-4～10^-1Pa；氣壓：10～300Pa。