一种双向致动力输出形状记忆合金及其制备方法
【专利摘要】一种双向致动力输出形状记忆合金及其制备方法，其中双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，包括：提供单向形状记忆合金；在所述单向形状记忆合金的预设区域沉积镀膜，所述镀膜的热膨胀系数与所述单向形状记忆合金的热膨胀系数不同。有本技术方案的镀膜可以利用PVD、CVD或者原子层沉积法等成熟技术实现，加工难度低，成本低；镀膜工艺与微制造工艺兼容性好，有利于在微机电系统中的应用。
【专利说明】
一种双向致动力输出形状记忆合金及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种形状记忆合金及其制备方法，特别涉及到一种双向致动力输出形状记忆合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现有的形状记忆合金大多数为单向形状记忆合金，只能在加热时由马氏体状态的低温形状转变为母相奥氏体状态的高温形状。当由母相奥氏体通过降温到低于马氏体相变温度后，单向形状记忆合金并不能自动恢复到初始的马氏体低温形状，因此单向形状记忆合金只能用于单向致动力输出的场合。
[0003]在需要双向致动力输出的场合，通常的解决方法是添加偏置弹簧，在温度下降后，利用偏置弹簧将单向形状记忆合金恢复到低温形状。或者，利用双向形状记忆合金。
[0004]双向致动力输出形状记忆合金应用非常广泛，以双向形状记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用双向形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温:在热水温度过高时通过〃记忆〃功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时，双向形状记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用双向形状记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。双向形状记忆合金的形状记忆效应还广泛应用于各类温度传感器触发器中。
[0005]双向致动力输出形状记忆合金若采用偏置弹簧方式会导致系统的集成度下降，并且增加系统的复杂度和成本，同时也会提高系统的安装和调试难度。
[0006]双向致动力输出形状记忆合金若采用双向形状记忆合金，由于双向形状记忆合金是通过反复的锻炼人为的制造残余应力来实现低温时由母相奥氏体形状向马氏体形状的转变。这种双向形状记忆合金的形状变化范围小，可输出作用力不足，且随着循环次数的增加，双向形状记忆效应迅速衰减。因此应用范围受到了极大的限制。
【发明内容】
[0007]本发明解决的问题是现有技术中双向致动力输出形状记忆合金要么集成度低、成本高、安装调试难度大，要么性能低。
[0008]为解决上述问题，本发明提供一种双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，包括:
[0009]提供单向形状记忆合金；
[0010]在所述单向形状记忆合金的预设区域沉积镀膜，所述镀膜的热膨胀系数与所述单向形状记忆合金的热膨胀系数不同。
[0011]进一步，所述镀膜的热膨胀系数小于所述单向形状记忆合金的热膨胀系数。
[0012]进一步，沉积镀膜的方法为PVD、CVD或者原子层沉积法。
[0013]进一步，单向形状记忆合金为镍钛合金、铜基单向形状记忆合金或者铁基单向形状记忆合金。
[0014]进一步，镀膜为S12或者Si。
[0015]进一步，镀膜为S12，在150-300 °C下，采用PVD法进行沉积。
[0016]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0017]I)镀膜可以利用PVD、CVD或者原子层沉积法等成熟技术实现，加工难度低，成本低；
[0018]2)镀膜工艺与微制造工艺兼容性好，有利于在微机电系统中的应用。
[0019]本发明还提供一种双向致动力输出形状记忆合金，包括:
[0020]单向形状记忆合金；
[0021]镀膜，所述镀膜粘附于所述单向形状记忆合金的预设区域，且所述镀膜的热膨胀系数与所述单向形状记忆合金的热膨胀系数不同。
[0022]进一步，所述镀膜的热膨胀系数小于所述单向形状记忆合金的热膨胀系数。
[0023]进一步，单向形状记忆合金为镍钛合金、铜基单向形状记忆合金或者铁基单向形状记忆合金。
[0024]进一步，镀膜为S12或者Si。
[0025]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0026]有本技术方案具有以下优点:
[0027]I)镀膜厚度小，整体尺寸小，系统集成度高；
[0028]2)镀膜与单向形状记忆合金可以作为整体方便的集成到系统中，安装难度低；
[0029]3)形状变化的范围可通过镀膜的厚度及材料来控制；
[0030]4)性能好，形状记忆能力强，可循环次数多。
【附图说明】
[0031]图1是本发明第一实施例中双向致动力输出形状记忆合金的制备方法的流程图；[0032 ]图2是本发明第一实施例中双向致动力输出形状记忆合金在低温马氏体相时的形状的不意图；
[0033]图3是本发明第一实施例中双向致动力输出形状记忆合金在高温奥氏体相时的形状的示意图。
【具体实施方式】
[0034]现有技术中双向致动力输出形状记忆合金要么集成度低、成本高、安装调试难度大，要么性能低。
[0035]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0036]第一实施例
[0037]本实施例提供一种双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，参考图1，包括以下步骤:
[0038]步骤100，提供单向形状记忆合金；
[0039]步骤200，在所述单向形状记忆合金的预设区域沉积镀膜。
[0040]其中，步骤100中，单向形状记忆合金为镍钛合金、铜基单向形状记忆合金或者铁基单向形状记忆合金。
[0041]在本实施例中，单向形状记忆合金为镍钛合金，如Nitinol。
[0042]步骤200中，所述镀膜的热膨胀系数与所述单向形状记忆合金的热膨胀系数不同，如镀膜为S12或者Si，沉积镀膜的方法为PVD、CVD或者原子层沉积法。
[0043]在具体实施例中，所述镀膜的热膨胀系数小于所述单向形状记忆合金的热膨胀系数。
[0044]在具体实施例中，镀膜为S12,在150-300 °C下，采用PVD法进行沉积。
[0045]在本实施例中，PVD的温度为200 °C。
[0046]S12镀膜的热膨胀系数是Nitinol的十分之一左右，不同的镀膜工艺以及不同的Nitinol材料热膨胀系数会有少量的波动。
[0047]参考图2，当完成镀膜工艺后，温度下降到室温时，由于镀I的热膨胀系数小于单向形状记忆合金2的热膨胀系数，在温度的下降过程中，镀膜I的收缩量小于单向形状记忆合金2的收缩量。因此低温时，镀膜I中有剩余压应力，单向形状记忆合金2中有拉应力。同时，镀膜I的抗弯强度大于单向形状记忆合金2的抗弯强度，所以，单向形状记忆合金2将被镀膜I的应力作用而凸向镀膜I方向弯曲，形成低温时的初始形变。
[0048]图2中只显示了单向形状记忆合金2的一种初始形变形状，其弯曲的程度可以通过改变镀膜I的厚度或者镀膜I的材料来实现。同一种材料，镀膜I的厚度越大，镀膜I中的剩余压应力越大，会导致初始形变越大，即弯曲的越厉害;反之亦然。在本实施例中，镀膜I的厚度为4-8微米，单向形状记忆合金2的厚度为100-150微米。
[0049]同样的，镀膜I的厚度相同时，镀膜I选用的材料的热膨胀系数与单向形状记忆合金2的热膨胀系数差异越大，会导致初始形变越大，即弯曲的越厉害;反之亦然。
[0050]镀膜I的厚度和热膨胀系数应当以不发生镀膜I剥离为限，而且镀膜I与单向形状记忆合金2应当粘附性较好。
[0051]如果镀膜I选用的材料的热膨胀系数比单向形状记忆合金2的热膨胀系数大，则单向形状记忆合金2的弯曲方向将凸向单向形状记忆合金2—边。
[0052]在其他实施例中，单向形状记忆合金2的初始形变可以为其他曲线形状，如S型，那么镀膜I可以根据希望得到的初始形状在预设的位置上进行沉积，即在曲线转向附近的外侧沉积镀膜I，以产生相应的应力使单向形状记忆合金2发生形变，以得到需要的初始形状。
[0053]参考图3，当单向形状记忆合金2被加热到其奥氏体相变温度时，单向形状记忆合金2中的马氏体部分或全部转变为弹性模量更高的奥氏体相，并向母相记忆形状恢复(这里假设母相记忆形状为平直状态)，这时，单向形状记忆合金2的强度大于S12镀膜I的强度，因此，单向形状记忆合金2将克服镀膜I中的压应力，向平直形态转变，并最终接近于平直形状。当停止加热，并且温度下降到马氏体相变温度时，由于马氏体具有更低的弹性模量，镀膜I的强度超过了单向形状记忆合金2的强度，从而使双向形状记忆合金2由平直形状回复到弯曲形状，实现了双向的形状记忆效应。
[0054]本实施例的工艺方法具有如下优点:
[0055]I)镀膜可以利用PVD、CVD或者原子层沉积法等成熟技术实现，加工难度低，成本低；
[0056]2)镀膜工艺与微制造工艺兼容性好，有利于在微机电系统中的应用。
[0057]第二实施例
[0058]参考图2，本实施例提供一种双向致动力输出形状记忆合金，包括单向形状记忆合金2和镀膜I。
[0059]所述镀膜I粘附于所述单向形状记忆合金2的预设区域，且所述镀膜I的热膨胀系数与所述单向形状记忆合金2的热膨胀系数不同。
[0060]在本实施例中，所述镀膜I的热膨胀系数小于所述单向形状记忆合金2的热膨胀系数。
[0061]在具体实施例中，单向形状记忆合金2为镍钛合金、铜基单向形状记忆合金或者铁基单向形状记忆合金。
[0062]在本实施例中，单向形状记忆合金2为镍钛合金，如Nitinol。
[0063]在具体实施例中，镀膜I为S12或者Si。
[0064]在本实施例中，镀膜I为S12,且S12在150_300°C下，采用PVD法进行沉积。
[0065]所述双向致动力输出形状记忆合金的工作方式可参考第一实施例。
[0066]本实施例的双向致动力输出形状记忆合金具有以下优点:
[0067]I)镀膜厚度小，整体尺寸小，系统集成度高；
[0068]2)镀膜与单向形状记忆合金可以作为整体方便的集成到系统中，安装难度低；
[0069]3)形状变化的范围可通过镀膜的厚度及材料来控制；
[0070]4)性能好，形状记忆能力强，可循环次数多。
[0071]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1.一种双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，其特征在于，包括: 提供单向形状记忆合金； 在所述单向形状记忆合金的预设区域沉积镀膜，所述镀膜的热膨胀系数与所述单向形状记忆合金的热膨胀系数不同。2.如权利要求1所述的双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，其特征在于，所述镀膜的热膨胀系数小于所述单向形状记忆合金的热膨胀系数。3.如权利要求1所述的双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，其特征在于，沉积镀膜的方法为PVD、CVD或者原子层沉积法。4.如权利要求1所述的双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，其特征在于，单向形状记忆合金为镍钛合金、铜基单向形状记忆合金或者铁基单向形状记忆合金。5.如权利要求3所述的双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，其特征在于，镀膜为S12 或者 Si。6.如权利要求5所述的双向致动力输出形状记忆合金的制备方法，其特征在于，镀膜为S12，在150-300 0C下，采用PVD法进行沉积。7.一种双向致动力输出形状记忆合金，其特征在于，包括: 单向形状记忆合金； 镀膜，所述镀膜粘附于所述单向形状记忆合金的预设区域，且所述镀膜的热膨胀系数与所述单向形状记忆合金的热膨胀系数不同。8.如权利要求7所述的双向致动力输出形状记忆合金，其特征在于，所述镀膜的热膨胀系数小于所述单向形状记忆合金的热膨胀系数。9.如权利要求7所述的双向致动力输出形状记忆合金，其特征在于，单向形状记忆合金为镍钛合金、铜基单向形状记忆合金或者铁基单向形状记忆合金。10.如权利要求7所述的双向致动力输出形状记忆合金，其特征在于，镀膜为S12或者Si0
【文档编号】F16F1/02GK105840701SQ201610375042
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】温中蒙, 禹超, 苏杰
【申请人】尔智机器人（上海）有限公司