[发明专利]两步驱动的NiTi记忆合金薄带材料及其制法与应用

说明书

本发明提供两步驱动的NiTi记忆合金薄带材料及其制法与应用，该薄带材料包括以下成分：原子比为(1:1)‑(1.1:1)的Ti元素和Ni元素，Ti、Ni两种元素的原子百分数之和为100％；其中，该材料由择优取向的马氏体变体组成，仅包括单一B19’‑NiTi相，该NiTi记忆合金薄带材料两侧的晶粒尺寸不同，一侧晶粒尺寸大于另一侧晶粒尺寸，小晶粒一侧的马氏体相变温度低于大晶粒一侧的马氏体相变温度。该NiTi记忆合金薄带材料具有在加热或冷却过程中实现两步驱动的功能特性，所述制备方法简单方便，该NiTi记忆合金薄带材料可用于制备形状记忆合金驱动器，特别是双程驱动器。

技术领域

本发明涉及两步驱动的NiTi记忆合金薄带材料及其制法与应用，尤其涉及一种加热或冷却过程中实现两步驱动的NiTi记忆合金薄带材料及其制备方法与应用，属于智能材料领域。

背景技术

通常驱动器大多以电磁原理，搭配复杂的机构完成驱动动作。这种驱动器的缺点是难以实现结构简单化，尺寸微型化。同时驱动器中零部件数量较多，也会导致制造成本上升并使工作可靠性下降。

形状记忆合金驱动器为利用形状记忆合金材料在高温相与低温相互相转变过程中产生的变形和回复力达到驱动目的，与传统机械或者电磁驱动方式相比较最显著的特点是结构简单，能量耗散小，而且，形状记忆合金易于实现驱动器微型化和自动化。

目前，形状记忆合金驱动器主要是利用形状记忆合金的单程记忆效应和双程记忆效应。单程驱动器结构简单、可靠性好，但不能实现往复运动；而双程驱动器自身可以实现往复运动，但往复运动的驱动力极不对称，通常需要偏置弹簧的协助。另外，双程驱动器很难准确地设计高温和低温两方面的形状，而且在升温或将降温过程中其仅能实现一步驱动。

因此，本领域亟需开发一种在加热或冷却过程中能实现两步驱动的形状记忆合金材料及其制备方法。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的之一在于提供一种加热或冷却过程中实现两步驱动的NiTi记忆合金薄带材料。

本发明的另一目的在于提供前述NiTi记忆合金薄带材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供前述NiTi记忆合金薄带材料的应用。

为实现上述目的，本发明提供一种加热或冷却过程中实现两步驱动的NiTi记忆合金薄带材料，以该材料的总量计，其包括以下成分：原子比为(1:1)-(1.1:1)的Ti元素和Ni元素，Ti、Ni两种元素的原子百分数之和为100％；

其中，该材料由择优取向的马氏体变体组成，仅包括单一B19’-NiTi相，该NiTi记忆合金薄带材料两侧的平均晶粒尺寸不同，一侧平均晶粒尺寸大于另一侧平均晶粒尺寸，小晶粒一侧的马氏体相变温度低于大晶粒一侧的马氏体相变温度。

如上所述，本发明薄带材料由择优取向的马氏体变体构成，薄带材料两侧的晶粒尺寸不同，一侧晶粒尺寸大于另一侧晶粒尺寸，且两侧的马氏体相变温度不同，较小晶粒一侧的相变温度低于较大晶粒一侧的相变温度。该材料在加热过程中，薄带材料具有较小晶粒一侧先发生马氏体逆相变而发生形状收缩，导致薄带材料向较小晶粒一侧发生弯曲变形，随着温度升高，具有较大晶粒一侧发生马氏体逆相变而发生形状收缩，导致薄带材料向较大晶粒一侧发生弯曲变形，实现了在升温过程中薄带材料的两次驱动变形。在冷却过程中，薄带材料具有较大晶粒一侧先发生马氏体相变而发生形状伸长，导致薄带材料向较小晶粒一侧发生弯曲变形，随着温度降低，具有较小晶粒一侧发生马氏体相变而发生形状伸长，导致薄带材料向较大晶粒一侧发生弯曲变形，实现了在降温过程中薄带材料的两次驱动变形。在多次重复升温至降温过程中，该薄带材料可呈现与在第一次升温-降温过程中相似的两步驱动变形，证明该薄带材料在升温至降温的加热或冷却过程中具有了两步驱动的功能特性。此外，本发明材料非常容易获得，其通过常规熔炼、甩带、变形处理等常规操作即可获得。