[发明专利]一种获得SMA材料双程记忆效应的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用高频感应加热只能加热材料表层，从而对SMA材料表层进行热处理，使其形成表层为超弹性材料、内层为形状记忆特性材料，从而获得较大SMA材料双程记忆效应的热处理方法。

背景技术

形状记忆合金（Shape Memory Alloys,SMA）因其特殊的形状记忆特性和超弹性而被广泛用于工程中作为驱动器的驱动元件，如航天器上使用的连接与分离机构、卫星太阳翼的展开机构、自动温控阀门机器人手等。在很多应用场合，SMA驱动元件必须和偏置弹性元件（如弹簧）等相互配合来实现双程形状记忆输出，这样的设计结构比较复杂，结构尺寸较大，不利于发驱动器的小型化及简单可靠化发展。而通过训练具有双程形状记忆输出的SMA驱动元件，它自身同时具有驱动功能和偏置弹性回复功能，可以很好的解决这一问题。

现有的技术对于双程形状记忆效应的训练一般都通过循环热机械加载的方法，这一类方法训练获得的双程形状记忆效应比较有限，通常其回复应变只有1%左右，而且随着循环作动次数的增加，其回复应变还会进一步缩小。因此需要一种简单的能提高双程形状记忆效应的训练方法。

发明内容

本发明主要解决双程形状记忆效应训练方法中存在的训练过程复杂耗时、双程形状记忆效应比较有限和随着循环作动次数的增加，其回复应变还会进一步缩小的问题，提供了一种步骤简单、无需进行多次循环训练、处理后双程回复应变比传统方法高，制得的双程SMA驱动元件结构简单、尺寸紧凑的双程形状记忆效应的训练方法。

本发明采用的技术方案为：一种获得SMA材料双程记忆效应的热处理方法，包括以下步骤：

步骤（一）、通过材料试验机对SMA材料进行拉伸、弯曲或扭转，并保持拉伸、弯曲或扭转后的形状不变，SMA材料是棒材或板材；

步骤（二）、用高频感应加热线圈对SMA材料表层金属进行加热，高频感应加热炉的频率要在10KHz以上，以保证被加热层仅为材料表层0.5-2.5mm；

步骤（三）、控制高频感应加热的频率、加热时间，同时监测SMA材料表面的温度；

步骤（四）、到达保温时间后，首先解除对SMA材料的机械约束，然后在室温对流换热条件下冷却，即得到了较大双程回复应变的双程SMA驱动元件。

进一步的，步骤（一）所述的材料试验机为电子万能试验机。

进一步的，步骤（二）所述的高频感应在10KHz以上。

进一步的，步骤（三）中所述的监测SMA材料表面的温度具体为：通过热电偶温度传感器或红外测温仪或红外热像仪保证SMA材料表面的加热温度及保温时间。也可以使用其他温度传感器。

本发明与现有的技术相比，步骤简单、无需进行多次循环训练、处理后双程回复应变比传统方法高，制得的双程SMA驱动元件结构简单、尺寸紧凑。具体表现在以下几个方面：

（1）、本发明通过高频感应热处理，得到了表层及内层晶体组织不一样的SMA材料，从而具有双程形状记忆效应，该方法和传统的SMA材料和偏置弹簧配合以实现双程形状记忆效应的方法相比，制得的SMA驱动元件的结构更加简单、尺寸更加紧凑。

（2）、本发明得到双程形状记效应的机理和传统的热机械训练方法不同，只需要进行一次热处理即可得到双程形状记忆效应，无需进行多次热机械循环训练。

（3）、本发明得到双程形状记效应的机理和传统的热机械训练方法不同，这使得其获得的双程回复应变比传统方法高。

附图说明

图1为本发明高频感应热处理方法示意图；

图2为本发明高频感应热处理过程示意图；

图3为本发明高频感应加热后SMA材料内部温度分布图；

图4为本发明高频感应热处理过程SMA材料内部晶体变化示意图；

图5为典型SMA材料热处理时间、温度与处理后的A_f温度关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

本发明的SMA材料双程记忆效应的热处理方法是这样实现的，包括对SMA材料进行机械加载并约束保持形状，再进行高频电感应热处理，其特别之处在于机械加载、约束和高频电感应热处理步骤是这样的：

第一步：把SMA材料（可以为棒材或板材）通过材料试验机进行拉伸、弯曲或者扭转，保证拉伸、弯曲或者扭转后的形状是双程记忆效应的低温状态的形状，完成拉伸、弯曲或者扭转加载后，保持约束，不进行卸载，维持变形后的形状不变；