[发明专利]记忆合金相变温度测量方法及实现其的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及智能材料结构相变温度的测量技术，尤其涉及一种基于超声波的记忆合金相变温度测量方法及实现该测量方法的测量系统。

背景技术

形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA），或者简称记忆合金，是工程、生物医学和微机电等领域应用日益广泛的新材料，也作为优良的敏感元件和驱动器应用在智能结构中。它所呈现的形状记忆效应和超弹性是热弹性马氏体相变所致，相变对SMA的热力学行为影响极大，准确有效测量相变温度，对SMA的开发和应用具有重要意义。  目前，形状记忆合金相变温度测量方法主要有：热分析法、热膨胀法、电阻法、X 射线衍射法以及声发射法，这些已有的相变测试方法存在一定的局限性。

示差扫描量热仪(DSC)、热膨胀法、内耗及变温x射线衍射这几种方法对试样制备都有或高或低的要求，且都仅能检测较小的样品，对大工件往往要通过切割或磨削制样，属于有损检测，若制样方法不当，甚至还会对被检合金的相变温度产生影响，对大工件而言，这些方法的检测结果仅针对材料被检测的局部区域，无法对工件做整体平均的测量。这些方法显然也不适合在工业现场对工件进行在线监测。

电阻法检测时存在接触电阻的问题，在升、降温过程中，由于热胀冷缩，接触电阻可能会有较大变化，有时甚至发生跳变，尤其在测量较大截面积的工件时，工件本身的电阻就很小，接触电阻的变化会使得测量结果重复性变差。

声发射方法用于相变检测时，存在噪声和其它AE源的干扰，对通过分析相变AE信号获得相变温度有很大影响，因此这种检测方法对检测设备要求很高，对检测人员也有较高要求。所以，尽管声发射是一个测量精度高、有前景的测试方法，但目前在工业上并没有广泛推广使用。

大量研究发现形状记忆合金相变时，除了合金的电阻发生异常变化外，还伴随晶体结构、晶界、位错密度、晶体取向、弹性模量等的改变，这些改变会直接导致合金在相变时声速出现异常变化，因此可以利用声速对相变的敏感性来测量形状记忆合金的相变温度，而且试验也发现这种方法具有很高的检测灵敏度；另外，与其他相变测量方法相比，超声方法对工件大小和形状有很强的适应性，如管、弹簧、带、板、棒等各种型材，不需要特殊的样品制备，可直接对被检合金做无损相变检测，而且可推广到工业现场的较大工件的在线无损相变检测；事实上，超声波在待测样品内传播的空间范围大，因此，超声方法测量相变，是从全局估计相变的技术，测量结果具有平均意义，它更客观准确测定记忆合金的相变温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有记忆合金相变温度测量技术的不足，提供一种记忆合金相变温度测量方法及实现该测量方法的测量系统，能够更客观准确测定记忆合金的相变温度，且不需要特殊的样品制备，可直接对被检合金做无损相变检测。

本发明具体采用以下技术方案：

一种记忆合金相变温度测量方法，首先测量待测记忆合金中的超声波纵波速度随温度变化的声速-温度曲线，所述声速-温度曲线包括升温曲线和降温曲线；然后根据所述声速-温度曲线确定待测记忆合金的相变温度，具体如下：

对于二步相变的记忆合金，升温曲线中从低温到高温的第一个拐点、第二个拐点所对应的温度分别为待测记忆合金的奥氏体相变开始温度、奥氏体相变结束温度；降温曲线中从高温到低温的第一至第四个拐点所对应的温度依次为待测记忆合金的奥氏体到R相转变的开始温度和结束温度，以及马氏体相变开始温度、马氏体相变结束温度；

对于一步相变的记忆合金，升温曲线中从低温到高温的第一个拐点、第二个拐点所对应的温度分别为待测记忆合金的奥氏体相变开始温度、奥氏体相变结束温度；降温曲线中从高温到低温的第一个拐点、第二个拐点所对应的温度分别为待测记忆合金的马氏体相变开始温度、马氏体相变结束温度。

实现上述记忆合金相变温度测量方法的测量系统，包括：

超声波发射和接收模块，用于在待测记忆合金样品中激发和接收超声纵波；

信号采集和模数转换模块，用于采集超声波发射和接收模块输出的超声波纵波信号，并将其转换为数字信号；

样品温度调节模块，用于调节待测记忆合金样品的温度；

控制和数据处理模块，对信号采集和模数转换模块输出的信号进行计算处理，结合待测记忆合金样品的温度，得到待测记忆合金中的超声波纵波速度随温度变化的声速-温度曲线，所述声速-温度曲线包括升温曲线和降温曲线；并根据所述声速-温度曲线确定待测记忆合金的相变温度。