一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金及其制備方法
【專利摘要】一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金及其制備方法，其中雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，包括：提供單向形狀記憶合金；在所述單向形狀記憶合金的預(yù)設(shè)區(qū)域沉積鍍膜，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)與所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)不同。有本技術(shù)方案的鍍膜可以利用PVD、CVD或者原子層沉積法等成熟技術(shù)實(shí)現(xiàn)，加工難度低，成本低；鍍膜工藝與微制造工藝兼容性好，有利于在微機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【專利說明】
一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種形狀記憶合金及其制備方法，特別涉及到一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的形狀記憶合金大多數(shù)為單向形狀記憶合金，只能在加熱時(shí)由馬氏體狀態(tài)的低溫形狀轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶鄪W氏體狀態(tài)的高溫形狀。當(dāng)由母相奧氏體通過降溫到低于馬氏體相變溫度后，單向形狀記憶合金并不能自動(dòng)恢復(fù)到初始的馬氏體低溫形狀，因此單向形狀記憶合金只能用于單向致動(dòng)力輸出的場(chǎng)合。
[0003]在需要雙向致動(dòng)力輸出的場(chǎng)合，通常的解決方法是添加偏置彈簧，在溫度下降后，利用偏置彈簧將單向形狀記憶合金恢復(fù)到低溫形狀。或者，利用雙向形狀記憶合金。
[0004]雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金應(yīng)用非常廣泛，以雙向形狀記憶合金制成的彈簧為例，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長(zhǎng)度立即伸長(zhǎng)，再放到冷水中，它會(huì)立即恢復(fù)原狀。利用雙向形狀記憶合金彈簧可以控制浴室水管的水溫:在熱水溫度過高時(shí)通過〃記憶〃功能，調(diào)節(jié)或關(guān)閉供水管道，避免燙傷。也可以制作成消防報(bào)警裝置及電器設(shè)備的保安裝置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，雙向形狀記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動(dòng)消防報(bào)警裝置，達(dá)到報(bào)警的目的。還可以把用雙向形狀記憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門內(nèi)，用以保持暖房的溫度，當(dāng)溫度過低或過高時(shí)，自動(dòng)開啟或關(guān)閉暖氣的閥門。雙向形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)還廣泛應(yīng)用于各類溫度傳感器觸發(fā)器中。
[0005]雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金若采用偏置彈簧方式會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的集成度下降，并且增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，同時(shí)也會(huì)提高系統(tǒng)的安裝和調(diào)試難度。
[0006]雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金若采用雙向形狀記憶合金，由于雙向形狀記憶合金是通過反復(fù)的鍛煉人為的制造殘余應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)由母相奧氏體形狀向馬氏體形狀的轉(zhuǎn)變。這種雙向形狀記憶合金的形狀變化范圍小，可輸出作用力不足，且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，雙向形狀記憶效應(yīng)迅速衰減。因此應(yīng)用范圍受到了極大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金要么集成度低、成本高、安裝調(diào)試難度大，要么性能低。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，包括:
[0009]提供單向形狀記憶合金；
[0010]在所述單向形狀記憶合金的預(yù)設(shè)區(qū)域沉積鍍膜，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)與所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)不同。
[0011]進(jìn)一步，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)小于所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)。
[0012]進(jìn)一步，沉積鍍膜的方法為PVD、CVD或者原子層沉積法。
[0013]進(jìn)一步，單向形狀記憶合金為鎳鈦合金、銅基單向形狀記憶合金或者鐵基單向形狀記憶合金。
[0014]進(jìn)一步，鍍膜為S12或者Si。
[0015]進(jìn)一步，鍍膜為S12，在150-300 °C下，采用PVD法進(jìn)行沉積。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]I)鍍膜可以利用PVD、CVD或者原子層沉積法等成熟技術(shù)實(shí)現(xiàn)，加工難度低，成本低；
[0018]2)鍍膜工藝與微制造工藝兼容性好，有利于在微機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明還提供一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金，包括:
[0020]單向形狀記憶合金；
[0021]鍍膜，所述鍍膜粘附于所述單向形狀記憶合金的預(yù)設(shè)區(qū)域，且所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)與所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)不同。
[0022]進(jìn)一步，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)小于所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)。
[0023]進(jìn)一步，單向形狀記憶合金為鎳鈦合金、銅基單向形狀記憶合金或者鐵基單向形狀記憶合金。
[0024]進(jìn)一步，鍍膜為S12或者Si。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0026]有本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]I)鍍膜厚度小，整體尺寸小，系統(tǒng)集成度高；
[0028]2)鍍膜與單向形狀記憶合金可以作為整體方便的集成到系統(tǒng)中，安裝難度低；
[0029]3)形狀變化的范圍可通過鍍膜的厚度及材料來控制；
[0030]4)性能好，形狀記憶能力強(qiáng)，可循環(huán)次數(shù)多。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法的流程圖；[0032 ]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金在低溫馬氏體相時(shí)的形狀的不意圖；
[0033]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金在高溫奧氏體相時(shí)的形狀的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]現(xiàn)有技術(shù)中雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金要么集成度低、成本高、安裝調(diào)試難度大，要么性能低。
[0035]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0036]第一實(shí)施例
[0037]本實(shí)施例提供一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，參考圖1，包括以下步驟:
[0038]步驟100，提供單向形狀記憶合金；
[0039]步驟200，在所述單向形狀記憶合金的預(yù)設(shè)區(qū)域沉積鍍膜。
[0040]其中，步驟100中，單向形狀記憶合金為鎳鈦合金、銅基單向形狀記憶合金或者鐵基單向形狀記憶合金。
[0041]在本實(shí)施例中，單向形狀記憶合金為鎳鈦合金，如Nitinol。
[0042]步驟200中，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)與所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)不同，如鍍膜為S12或者Si，沉積鍍膜的方法為PVD、CVD或者原子層沉積法。
[0043]在具體實(shí)施例中，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)小于所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)。
[0044]在具體實(shí)施例中，鍍膜為S12,在150-300 °C下，采用PVD法進(jìn)行沉積。
[0045]在本實(shí)施例中，PVD的溫度為200 °C。
[0046]S12鍍膜的熱膨脹系數(shù)是Nitinol的十分之一左右，不同的鍍膜工藝以及不同的Nitinol材料熱膨脹系數(shù)會(huì)有少量的波動(dòng)。
[0047]參考圖2，當(dāng)完成鍍膜工藝后，溫度下降到室溫時(shí)，由于鍍I的熱膨脹系數(shù)小于單向形狀記憶合金2的熱膨脹系數(shù)，在溫度的下降過程中，鍍膜I的收縮量小于單向形狀記憶合金2的收縮量。因此低溫時(shí)，鍍膜I中有剩余壓應(yīng)力，單向形狀記憶合金2中有拉應(yīng)力。同時(shí)，鍍膜I的抗彎強(qiáng)度大于單向形狀記憶合金2的抗彎強(qiáng)度，所以，單向形狀記憶合金2將被鍍膜I的應(yīng)力作用而凸向鍍膜I方向彎曲，形成低溫時(shí)的初始形變。
[0048]圖2中只顯示了單向形狀記憶合金2的一種初始形變形狀，其彎曲的程度可以通過改變鍍膜I的厚度或者鍍膜I的材料來實(shí)現(xiàn)。同一種材料，鍍膜I的厚度越大，鍍膜I中的剩余壓應(yīng)力越大，會(huì)導(dǎo)致初始形變?cè)酱?，即彎曲的越厲?反之亦然。在本實(shí)施例中，鍍膜I的厚度為4-8微米，單向形狀記憶合金2的厚度為100-150微米。
[0049]同樣的，鍍膜I的厚度相同時(shí)，鍍膜I選用的材料的熱膨脹系數(shù)與單向形狀記憶合金2的熱膨脹系數(shù)差異越大，會(huì)導(dǎo)致初始形變?cè)酱螅磸澢脑絽柡?反之亦然。
[0050]鍍膜I的厚度和熱膨脹系數(shù)應(yīng)當(dāng)以不發(fā)生鍍膜I剝離為限，而且鍍膜I與單向形狀記憶合金2應(yīng)當(dāng)粘附性較好。
[0051]如果鍍膜I選用的材料的熱膨脹系數(shù)比單向形狀記憶合金2的熱膨脹系數(shù)大，則單向形狀記憶合金2的彎曲方向?qū)⑼瓜騿蜗蛐螤钣洃浐辖?—邊。
[0052]在其他實(shí)施例中，單向形狀記憶合金2的初始形變可以為其他曲線形狀，如S型，那么鍍膜I可以根據(jù)希望得到的初始形狀在預(yù)設(shè)的位置上進(jìn)行沉積，即在曲線轉(zhuǎn)向附近的外側(cè)沉積鍍膜I，以產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力使單向形狀記憶合金2發(fā)生形變，以得到需要的初始形狀。
[0053]參考圖3，當(dāng)單向形狀記憶合金2被加熱到其奧氏體相變溫度時(shí)，單向形狀記憶合金2中的馬氏體部分或全部轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅Ａ扛叩膴W氏體相，并向母相記憶形狀恢復(fù)(這里假設(shè)母相記憶形狀為平直狀態(tài))，這時(shí)，單向形狀記憶合金2的強(qiáng)度大于S12鍍膜I的強(qiáng)度，因此，單向形狀記憶合金2將克服鍍膜I中的壓應(yīng)力，向平直形態(tài)轉(zhuǎn)變，并最終接近于平直形狀。當(dāng)停止加熱，并且溫度下降到馬氏體相變溫度時(shí)，由于馬氏體具有更低的彈性模量，鍍膜I的強(qiáng)度超過了單向形狀記憶合金2的強(qiáng)度，從而使雙向形狀記憶合金2由平直形狀回復(fù)到彎曲形狀，實(shí)現(xiàn)了雙向的形狀記憶效應(yīng)。
[0054]本實(shí)施例的工藝方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0055]I)鍍膜可以利用PVD、CVD或者原子層沉積法等成熟技術(shù)實(shí)現(xiàn)，加工難度低，成本低；
[0056]2)鍍膜工藝與微制造工藝兼容性好，有利于在微機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0057]第二實(shí)施例
[0058]參考圖2，本實(shí)施例提供一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金，包括單向形狀記憶合金2和鍍膜I。
[0059]所述鍍膜I粘附于所述單向形狀記憶合金2的預(yù)設(shè)區(qū)域，且所述鍍膜I的熱膨脹系數(shù)與所述單向形狀記憶合金2的熱膨脹系數(shù)不同。
[0060]在本實(shí)施例中，所述鍍膜I的熱膨脹系數(shù)小于所述單向形狀記憶合金2的熱膨脹系數(shù)。
[0061]在具體實(shí)施例中，單向形狀記憶合金2為鎳鈦合金、銅基單向形狀記憶合金或者鐵基單向形狀記憶合金。
[0062]在本實(shí)施例中，單向形狀記憶合金2為鎳鈦合金，如Nitinol。
[0063]在具體實(shí)施例中，鍍膜I為S12或者Si。
[0064]在本實(shí)施例中，鍍膜I為S12,且S12在150_300°C下，采用PVD法進(jìn)行沉積。
[0065]所述雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的工作方式可參考第一實(shí)施例。
[0066]本實(shí)施例的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0067]I)鍍膜厚度小，整體尺寸小，系統(tǒng)集成度高；
[0068]2)鍍膜與單向形狀記憶合金可以作為整體方便的集成到系統(tǒng)中，安裝難度低；
[0069]3)形狀變化的范圍可通過鍍膜的厚度及材料來控制；
[0070]4)性能好，形狀記憶能力強(qiáng)，可循環(huán)次數(shù)多。
[0071]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，包括: 提供單向形狀記憶合金； 在所述單向形狀記憶合金的預(yù)設(shè)區(qū)域沉積鍍膜，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)與所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)不同。2.如權(quán)利要求1所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)小于所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)。3.如權(quán)利要求1所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，沉積鍍膜的方法為PVD、CVD或者原子層沉積法。4.如權(quán)利要求1所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，單向形狀記憶合金為鎳鈦合金、銅基單向形狀記憶合金或者鐵基單向形狀記憶合金。5.如權(quán)利要求3所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，鍍膜為S12 或者 Si。6.如權(quán)利要求5所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，鍍膜為S12，在150-300 0C下，采用PVD法進(jìn)行沉積。7.一種雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金，其特征在于，包括: 單向形狀記憶合金； 鍍膜，所述鍍膜粘附于所述單向形狀記憶合金的預(yù)設(shè)區(qū)域，且所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)與所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)不同。8.如權(quán)利要求7所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金，其特征在于，所述鍍膜的熱膨脹系數(shù)小于所述單向形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)。9.如權(quán)利要求7所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金，其特征在于，單向形狀記憶合金為鎳鈦合金、銅基單向形狀記憶合金或者鐵基單向形狀記憶合金。10.如權(quán)利要求7所述的雙向致動(dòng)力輸出形狀記憶合金，其特征在于，鍍膜為S12或者Si0
【文檔編號(hào)】F16F1/02GK105840701SQ201610375042
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】溫中蒙, 禹超, 蘇杰
【申請(qǐng)人】爾智機(jī)器人（上海）有限公司