[其他]宇航飛行器溫控百葉窗雙向驅動元件制造方法

無效

• 申請號: 85104151
• 申請日: 1985-06-04
• 公開（公告）號: CN85104151B
• 公開（公告）日: 1988-04-27
• 發明（設計）人: 周守理
• 申請（專利權）人: 天津市冶金局材料研究所
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;B64G1/50
• 代理公司: 天津市冶金工業局專利代理事務所
• 代理人: 劉鴻壽

本發明是關于宇航飛行器溫控百葉窗使用的一種雙向驅動元件的制造方法。

目前，飛行器溫控百葉窗驅動元件大多采用雙金屬材料制做，其原理是利用兩種金屬材料膨脹系數不同，靠溫度敏感性的差別產生驅動作用。其缺點是元件結構重、效率低、熱滯后大。本發明的目的是提供一種新型驅動元件，取代雙金屬元件。這種新型驅動元件是用鎳-鈦形狀記憶合金制做的一種具有雙向記憶效應的雙向驅動元件。所謂雙向驅動即當溫度由高到低或由低到高變化時，元件可自發地由一種形狀轉變為另一種形狀，這樣就可驅動百葉窗開啟或關閉。這種元件具有雙向記憶效應，在高溫時記住一種形狀，在低溫馬氏體狀態時記住另一種形狀，當溫度變化時元件便自動改變形狀。本發明提供的這種新型驅動元件的優點是體積小、重量輕、強度高、耐蝕性和耐磨性優良、靈敏度高、熱滯后小、驅動力大。

本發明提供的這種新型驅動元件是用鎳-鈦形狀記憶合金制做的，該合金含有原子比為50.6%-50.8%的鎳，余量為鈦，合金先由真空爐熔煉成一次錠，再經感應爐重熔，然后合金在900-1000℃溫度下進行均勻化處理，鍛造成方坯后再于850-950℃溫度下軋制成厚度為0.3-0.4毫米的薄帶材，再切割成寬度為8毫米的帶條，即為加工驅動元件的坯料。

元件的制備方法是：先將帶條在350-500℃溫度下退火消除部份應力，以保證材料易于變形，并易于產生應力誘發馬氏體，該溫度為元件的予處理溫度。然后在合金Ms溫度以上將帶條彎曲定型成元件（平面螺旋狀），隨后帶載在500-600℃溫度下進行高溫處理，再把帶載元件放入低溫介質（-5-0℃）中，最后在0℃卸載，此時元件即獲得雙向記憶效應。

元件定型時控制變形量為8-10%，使元件內部組織產生應力誘發馬氏體，短時間的高溫處理使元件內的馬氏體按約束的軌跡逆轉變為高溫B2相，以固定高溫相的形狀，帶載冷卻使元件內馬氏體組織定向生長并長大，因此，當元件冷卻時，元件內的馬氏體組織按照單一的變態相變規律轉變為單一的馬氏體變態組織，以完成馬氏體狀態時的形變（低溫形狀）。升溫時元件按照逆轉變規律恢復原狀，這就是元件的雙向記憶效應。

本發明提供的這種鎳-鈦記憶合金雙向驅動元件重4克，外徑29毫米，面雙金屬元件重28克，外徑40毫米。本發明提供的這種雙向驅動元件重量僅為雙金屬元件的1/7，體積僅為雙金屬元件的3/5。

重量輕、體積小對宇航飛行器的熱設計來說具有重要意義，不僅能提高百葉窗的熱性能，還可以減小動作室的體積，隨之減少動作室的漏熱率，提高熱效率，節省能源消耗。

本發明提供的這種鎳-鈦雙向驅動元件在形狀變化過程中，產生的恢復力遠遠大于雙金屬元件產生的力，如旋轉90°時，鎳-鈦驅動元件作功6.8公斤·毫米，而雙金屬元件做功僅為1.3公斤·毫米，為雙金屬元件的5.2倍。

本發明提供的這種雙向驅動元件的雙向記憶效應靈敏、穩定，經過二萬多次冷熱循環試驗，元件轉動角度和靈敏度不受影響。由電阻率和溫度（ρ-T）曲線精確地確定了元件的M_S點溫度為-2℃，As點溫度為3℃。測定了高低溫相的電阻率Ms溫度時的電阻率為87.3μΩ-cm，As溫度時的電阻率為82.2μΩ-cm。曲線的不同部分顯示了不同的晶體結構特點，并發現雙向驅動元件ρ-T曲線由低溫到高溫轉化時ρ峰值有明顯的寬化現象，這樣現象證明在該溫度范圍內有殘留的馬氏體存在，這是雙向記憶效應靈敏的依據。在LN₂（液氮）環境中ρ曲線普遍上升，低溫區有明顯的馬氏體轉化現象。附圖為雙向驅動元件的電阻率-溫度（ρ-T）曲線和角度-溫度（O-T）曲線，證實了ρ隨溫度變化與形狀恢復角度有著密切連系，相互存在對應關系。如①點處，a線表明在冷卻時轉折點，即B₂→R相轉變起點。b線為θ全開→全關動作點（16℃時）。②點處，a線為R→R+B₁₉相轉變點（即Ms），b線表明θ角趨向全關。③點處a線表明B₁₉+R→R相轉變點（As），b線表明由全關→全開的動作點。④點處a線表明R→B₂相轉變點，b線表明θ角全開。

ρ-T，θ-T曲線證明雙向驅動元件的全開與全關溫度與電阻率變化相一致，并證明元件的工作溫度區正是合金予馬氏體階段呈現區，所以，元件具備靈敏度高、熱滯后小、動作迅速等優點。