專利名稱：金－銦金屬互化物,由其形成的形狀記憶合金及制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有超彈性性能的金屬互化物，由其形成的形狀記憶合金及制品。
在一定條件下，形狀記憶合金會具有偽彈性效應(yīng)，這種偽彈性效應(yīng)是不依賴于溫度的改變而實(shí)現(xiàn)形狀改變的。偽彈性合金的彈性變形可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般合金的彈性極限。但是，某些合金會同時具有兩種類型的偽彈性性能。
第一種類型的偽彈性稱為超彈性(有時也稱為非線形偽彈性)，當(dāng)被處理合金的奧氏體母相溫度高于As而低于Md(Md表示應(yīng)力誘發(fā)馬氏體上限溫度)時，它就會具有這種性能。當(dāng)合金在低于完全再結(jié)晶溫度下進(jìn)行退火處理時，就會呈現(xiàn)超彈性性能。其它使形狀記憶合金具有超彈性能的方法還有固溶處理、老化處理和合金化等。一個具有所需形狀的制品在退火、固溶處理和老化過程中，其形狀可以保持不變。由此合金制成的制品具有超彈性性能，它的可逆性彈性形變可高達(dá)11％，甚至更多。
第二種偽彈性性能稱為“線形偽彈性”性能。與超彈性性能相比，線形偽彈性效應(yīng)并不伴有相變的發(fā)生。并其馬氏體相中進(jìn)行冷加工，并且沒有用上述超彈性性能中的方法進(jìn)行退火處理的合金都會具有此種性能。由具有線形偽彈性性能的合金制成的制品，其可逆性彈性形變?yōu)?％，甚至更高。
在現(xiàn)有技術(shù)中，公知用于制取形狀記憶合金的金屬材料的例子有Ni-Ti(Nitinol)合金、Ni-Ti-V合金、Ni-Ti-Zr合金、Ni-Ti-Zr-Cu合金、In-Tl合金和Au-Cu-Zn合金，這些合金被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子和醫(yī)療/牙醫(yī)領(lǐng)域中，例如連接器、聯(lián)合器、開啟窗戶的器械、閥開關(guān)、熱動灑水裝置、安全開關(guān)和矯牙器械等。但是由于它們的強(qiáng)度較高，在如襯墊和密封裝置中遇到的低應(yīng)力的工作條件下，這些合金是不會變形的。對于襯墊而言，這種變形也僅限于墊圈，而不能適用于法蘭，因?yàn)檫@些合金具有高強(qiáng)度和/或高硬度的特性，所以會導(dǎo)致法蘭永久變形。因而，這些合金是不適合用作襯墊和密封圈的。
因此，人們就期望得到一種在低應(yīng)力條件下也能變形的形狀記憶合金，從而能夠用于生產(chǎn)襯墊和密封圈。
在第二個實(shí)施方案中，我們提供了另一種形狀記憶合金，它至少含有一個具有形狀記憶特性的第一相(包括Au和In和其它合金元素Cu或/和Ni)和第二惰性承載相(其中含有選自Au、In、Ni和Cu的元素)。這些合金能夠方便地做成具有偽彈性(即超彈性)性能的襯墊和密封圈。這些密封圈在液氧系統(tǒng)中特別有用。
當(dāng)制成襯墊和密封圈時，Au-In2金屬互化物必須具有形狀記憶性能。Au-In2相中Au約為46.3重量％，In約為54.7重量％。通常來說，應(yīng)用于墊圈和密封圈的具有形狀記憶性能的Au-In2互化物中，Au的存在量一般至少應(yīng)在約42重量％到約50重量％之間，而In的含量則應(yīng)在約50重量％到約58重量％之間。如

圖1所示，組分中In的含量大于約54.7重量％的合金一般以可變形的In作為它的第二相，并伴有Au-In2相；而組分中In的含量小于54.7重量％的合金則應(yīng)同時含有具有形狀記憶性能的Au-In2金屬相和不具有形狀記憶性能的Au-In金屬互化物相。按照上述Au和In的量合成的Au-In2金屬互化物和合金可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的常規(guī)冶金方法得到，例如把Au和In的粉末按照上述重量放入坩堝中，在爐中把它加熱到至少540℃，從而使粉末熔化成液態(tài)，即圖1所示溶液，然后把含有Au-In2金屬互化物的熔融金屬互化物和/或合金在室溫下冷卻成偽彈性相，此時的Au和In會相互進(jìn)行反應(yīng)，從而生成了含有Au-In2相的金屬互化物的合金。
在生成形狀記憶合金時，合金最好包含一個具有形狀記憶性能的第一相和第二惰性承載相。具有形狀記憶性能的第一相中含有Au和In，In的量約為53重量％至約56重量％(優(yōu)選約54重量％至約55重量％)，余量為Au。另外的過渡元素如Cu、Ni等以及它們的組合也可加入到活性形狀記憶相中，以便利用多種組分來優(yōu)化金屬互化物相，另外也可改善形狀記憶相的機(jī)械性能，如彈性系數(shù)和可壓縮性等。
第二惰性承載相包括一些溶解在In中的Au和其他合金元素如Cu，過渡金屬元素如Ni等以及它們的組合。第二惰性承載相的總含量應(yīng)該控制為整個合金組成的約0～50％(體積百分?jǐn)?shù))。第二相體積百分?jǐn)?shù)過小，第一活性記憶相間相距太近，就會減小合金的彈性，減弱它與不規(guī)則表面嚙合和匹配(如法蘭)的能力。第二相體積百分?jǐn)?shù)過大，如體積百分?jǐn)?shù)超過50％，合金就會受制于第二相的流動，并在襯墊的負(fù)荷下突出。一般在優(yōu)選條件下，第二惰性相含有約0至約0.1重量％的Au，約90重量％至約100重量％的In和約0至約10重量％的Cu和/或Ni；更優(yōu)選約0至約0.05重量％的Au，約95重量％至約100重量％的In和約0至約5重量％的Cu和/或Ni。
本發(fā)明的Au-In2金屬互化物和/或形狀記憶合金可以用公知的方法(當(dāng)然，也不僅僅限于這幾類)，如機(jī)械加工、鑄造、噴射造形法和粉末冶金法(擠壓和燒結(jié)預(yù)先粉化的的Au-In合金粉末或在固體狀態(tài)下燒結(jié)Au和In的細(xì)粉末)制成襯墊或密封圈，這些合金可以用作襯墊、法蘭和如液氧系統(tǒng)的密封件。不僅如此，本發(fā)明的Au-In2金屬互化物和/或形狀記憶合金還有望應(yīng)用于其它領(lǐng)域，如屏蔽輻射的外科展幅機(jī)、尺度索、鑲牙和矯牙器材、熱開關(guān)、各種各樣的觸頭、動力機(jī)和電動機(jī)、機(jī)械鎖和盤形墊圈等。
通過添加Au(最不活潑元素之一)和In(暴露于空氣或氧氣中時，其表面生成氧化物而發(fā)生鈍化現(xiàn)象)，用Au-In2金屬互化物和/或形狀記憶合金制成的襯墊和密封圈會固有一種抗腐蝕性能。如果需要進(jìn)一步提高墊圈和密封圈的抗腐蝕性，我們可以利用本領(lǐng)域常規(guī)的方法，如把墊圈和密封圈浸入無機(jī)酸溶液(比如鹽酸)中溶解和去除其表面的In和其它元素，然后進(jìn)行表面處理，使其具有純金的抗腐蝕性能和使任何由其制成的制品具有生物相容性。
下面用非限定性實(shí)施例對本發(fā)明Au-In2金屬互化物進(jìn)行說明。
實(shí)施例用下述方法制備Au-In2金屬互化物把45重量％的Au粉和55重量％的In粉放入坩堝中，在加熱爐中加熱到700～800℃之間使其熔化而形成Au-In2溶液，然后在室溫下冷卻，從而形成Au-In2金屬互化物。
然后運(yùn)用噴射造形法把Au-In2金屬互化物鑄成一個小型圓柱體，再用常規(guī)方法把它壓縮10％，當(dāng)應(yīng)力消失后，發(fā)現(xiàn)樣品的形變可以恢復(fù)到原來未加壓前的一半還多，這就是超彈性合金或形狀記憶合金的典型表現(xiàn)。
盡管說明書中已對本發(fā)明的優(yōu)選方案進(jìn)行了詳盡，具體的描述，但顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了前面說明書的描述后仍會推斷出其它顯而易見的變化和內(nèi)容。因此，本發(fā)明不限于文中具體的實(shí)施方案，凡與本發(fā)明的精神和范圍不相違背的內(nèi)容也應(yīng)包含在本申請之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有形狀記憶或偽彈性性能的超彈性合金，所述合金含有金和銦，其中含有約為46.3重量％的金和約54.7重量％的銦。
2.一種具有形狀記憶或偽彈性性能超彈性合金，所述合金含有約42重量％至約50重量％的金和約為50重量％至約58重量％的銦。
3.一種形狀記憶合金，其包括第一形狀記憶相和第二惰性承載相，其中的第一相為含有金和銦的形狀記憶相，第二相為含有一個或多個元素選自金、銦、銅和鎳的惰性承載相。
4.如權(quán)利要求3所述的形狀記憶合金，其特征在于第一相包含約53重量％至約56重量％的銦，余量為金。
5.如權(quán)利要求3所述的形狀記憶合金，其特征在于第二相含有約90重量％至約100重量％的銦，余量為金。
6.如權(quán)利要求3所述的形狀記憶合金，其特征在于第二相含有約0至約0.1重量％的金，約95重量％至約100重量％的銦和約0至約5重量％的銅和/或鎳。
7.一種襯墊或密封圈，包括如權(quán)利要求1所述的合金。
8.一種襯墊或密封圈，包括如權(quán)利要求2所述的合金
9.一種襯墊或密封圈，包括如權(quán)利要求3所述的合金。
10.一種增加至少具有一個表面的制品的抗腐蝕性的方法，其包括以下步驟a)用具有形狀記憶或偽彈性性能的超彈性Au-In2金屬互化物制成制品，其中Au-In2金屬互化物中含有約為46.3重量％的金和54.7重量％的銦；b)把物件的至少一個表面浸入到無機(jī)酸中。
全文摘要
一種具有形狀記憶或偽彈性性能的超彈性合金，它含有約46.3重量％的金和約54.7重量％的銦，由這些含超彈性Au－In
文檔編號F16J15/08GK1420939SQ01807392
公開日2003年5月28日 申請日期2001年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月28日
發(fā)明者R·C·莫里斯, D·納拉辛漢, R·哈桑 申請人:霍尼韋爾國際公司