專利名稱：鈦鎳基形狀記憶合金熱沖擊溫度的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦鎳形狀記憶合金的測(cè)定技術(shù)，特別涉及一種鈦鎳基形狀記憶合金熱沖擊溫度的測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
鈦鎳形狀記憶合金由于具有特殊的形狀記憶效應(yīng)、超彈性等特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子、機(jī)械、醫(yī)學(xué)等工程技術(shù)領(lǐng)域。鈦鎳形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)、超彈性等這些特性都與該合金的相變特性密切相關(guān)，熱沖擊對(duì)鈦鎳基形狀記憶合金的相變過(guò)程有較大的影響。如果使用該合金制作精密敏感元件如熱驅(qū)動(dòng)器等，熱沖擊所造成的分階段相變直接影響驅(qū)動(dòng)性能。因此，測(cè)定該合金的熱沖擊溫度很重要。但是，目前測(cè)定該合金的熱沖擊溫度通常是采用晝夜監(jiān)測(cè)記錄的測(cè)定方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度低、誤差大。本發(fā)明提出了熱沖擊溫度與分界點(diǎn)溫度的密切關(guān)系，可方便快捷地確定鈦鎳基形狀記憶合金逆相變階段的熱沖擊溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)鈦鎳形狀記憶合金測(cè)定熱沖擊溫度時(shí)存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種測(cè)定方法簡(jiǎn)單可靠、精度高、測(cè)定時(shí)間短、使用方便、成本低的鈦鎳基形狀記憶合金熱沖擊溫度的測(cè)定方法，并對(duì)制件影響很小，取試樣僅需要10～50mg，測(cè)定精度高達(dá)1℃以內(nèi)。
本發(fā)明的工作原理是鈦鎳基形狀記憶合金的相變與奧氏體和馬氏體的相變有關(guān)。如果加熱低溫相(馬氏體)狀態(tài)的形狀記憶合金到高溫相(奧氏體)溫度以上，即從馬氏體到奧氏體的相變過(guò)程為馬氏體逆相變；如果冷卻高溫相(奧氏體)狀態(tài)的形狀記憶合金到低溫相(馬氏體)溫度以下，即從奧氏體到馬氏體的相變過(guò)程為馬氏體相變。在逆相變過(guò)程中溫度加熱到奧氏體相變開始與結(jié)束溫度之間的某一數(shù)值后降溫，則這種現(xiàn)象稱為熱沖擊。并且在馬氏體逆相變過(guò)程中出現(xiàn)分階段的相變現(xiàn)象，即動(dòng)力學(xué)分界點(diǎn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)熱沖擊溫度與分界點(diǎn)溫度之間密切相關(guān)，即TiNi形狀記憶合金的熱沖擊溫度比分界點(diǎn)溫度低3.2±0.2℃；TiNiCu形狀記憶合金的熱沖擊溫度比分界點(diǎn)溫度低1.1±0.2℃，利用這一溫度變化規(guī)律，可以簡(jiǎn)單方便、準(zhǔn)確地測(cè)定鈦鎳基形狀記憶合金的熱沖擊溫度。
本發(fā)明的鈦鎳基形狀記憶合金熱沖擊溫度的測(cè)定方法，其工作步驟為(1)切取試樣，采用冷卻液冷卻，在馬氏體逆相變溫度區(qū)間受到熱沖擊的鈦鎳基形狀記憶合金上切取直徑或?qū)挾葹?～5mm，重10～50mg的薄片試樣；(2)清洗試樣，分別在化學(xué)純酒精、丙酮中采用超聲波清洗試樣10～20分鐘，再用去離子水，采用超聲清洗10～20分鐘，然后晾干備用；(3)測(cè)定相變曲線，將試樣分別以升、降溫速率為5～15℃/min，放入示差掃描量熱儀(DSC)中測(cè)定其相變曲線；(4)測(cè)定分界點(diǎn)溫度，測(cè)定馬氏體逆相變曲線中相變過(guò)程的分界點(diǎn)溫度；(5)確定熱沖擊溫度，TiNi形狀記憶合金的熱沖擊溫度比馬氏體逆相變曲線中的分界點(diǎn)溫度低3.2±0.2℃；TiNiCu形狀記憶合金的熱沖擊溫度比馬氏體逆相變曲線中的分界點(diǎn)溫度低1.1±0.2℃。
本發(fā)明具有測(cè)定方法簡(jiǎn)單可靠、精度高、測(cè)定時(shí)間短、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)制件影響很小，取試樣僅需要10～50mg，測(cè)定精度高達(dá)1℃以內(nèi)。


圖1是Ti50Ni30Cu20(at.％)形狀記憶合金的典型的相變DSC曲線2是熱沖擊過(guò)程和Ti50Ni30Cu20(at.％)形狀記憶合金的相變DSC曲線圖；圖3是分界點(diǎn)溫度為62.6℃時(shí)的Ti50Ni30Cu20(at.％)形狀記憶合金的相變DSC曲線圖；圖4是分界點(diǎn)溫度為95.5℃時(shí)的Ti50.4Ni49.6(at.％)形狀記憶合金的相變DSC曲線圖；具體實(shí)施方式
結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的測(cè)定方法和工作原理。
如圖1所示，Ti50Ni30Cu20(at.％)形狀記憶合金的典型相變DSC曲線圖，其中a為馬氏體逆相變過(guò)程，即馬氏體向奧氏體的單一相變過(guò)程，對(duì)應(yīng)的是加熱過(guò)程；b為馬氏體相變過(guò)程，即奧氏體向馬氏體的單一相變過(guò)程，對(duì)應(yīng)的是冷卻過(guò)程。
如果逆相變過(guò)程中溫度加熱到奧氏體相變開始與結(jié)束溫度之間的某一數(shù)值(如圖2中TA點(diǎn)60.0℃)中止后降溫，該現(xiàn)象稱為熱沖擊。而在隨后的馬氏體逆相變過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)分階段的相變現(xiàn)象，如圖2所示，相變曲線有明顯的動(dòng)力學(xué)分界點(diǎn)(如圖2中TS點(diǎn)61.1℃)。研究表明，對(duì)于TiNiCu形狀記憶合金，熱沖擊溫度TA比該分界點(diǎn)溫度TS低1.1℃左右；而對(duì)于TiNi形狀記憶合金，熱沖擊溫度TA比分界點(diǎn)溫度TS低3.2℃左右，兩個(gè)溫度密切相關(guān)，而且這兩個(gè)溫度的密切關(guān)系與鈦鎳基形狀記憶合金成分的含量無(wú)關(guān)。圖2中的熱沖擊溫度為60.0℃，而所測(cè)定的DSC逆相變曲線中的分界點(diǎn)溫度為61.1℃，熱沖擊溫度比分界點(diǎn)溫度低1.1℃。即通過(guò)測(cè)定分界點(diǎn)溫度可確定出熱沖擊溫度。該現(xiàn)象與馬氏體的自協(xié)作變體有關(guān)。本發(fā)明明確了熱沖擊過(guò)程及熱沖擊溫度概念，可方便快捷地確定鈦鎳基形狀記憶合金逆相變階段的熱沖擊溫度。
實(shí)例1Ti50Ni30Cu20(at.％)形狀記憶合金(該合金的馬氏體為正交B19結(jié)構(gòu))熱沖擊溫度的測(cè)定方法，如圖3所示，其工作步驟為(1)切取試樣，采用冷卻液冷卻，在馬氏體逆相變溫度區(qū)間受到熱沖擊的鈦鎳基形狀記憶合金上線切割直徑Φ3×0.7mm2的薄片試樣；(2)清洗試樣，分別在化學(xué)純酒精、丙酮中采用超聲波清洗試樣20分鐘，再用去離子水，采用超聲清洗15分鐘，然后晾干備用；(3)測(cè)定相變曲線，將試樣以溫升和溫降分別為10℃/min的速率，放入示差掃描量熱儀(DSC)中測(cè)定其相變曲線；(4)測(cè)定分界點(diǎn)溫度，測(cè)定馬氏體逆相變曲線中相變過(guò)程的分界點(diǎn)溫度TS為62.6℃；(5)確定熱沖擊溫度，熱沖擊溫度TA為分界點(diǎn)溫度TS62.6℃減去1.1℃等于61.5℃。
實(shí)例2Ti50.4Ni49.6(at.％)形狀記憶合金(該合金的馬氏體為單斜B19′結(jié)構(gòu))熱沖擊溫度的測(cè)定方法，如圖4所示，其工作步驟為(1)同實(shí)例1；(2)同實(shí)例1；(3)同實(shí)例1；(4)測(cè)定分界點(diǎn)溫度，測(cè)定馬氏體逆相變曲線中相變過(guò)程的分界點(diǎn)溫度TS為95.5℃；(5)確定熱沖擊溫度，熱沖擊溫度TA為分界點(diǎn)溫度TS95.5℃減去3.2℃等于92.3℃。
權(quán)利要求
1.鈦鎳基形狀記憶合金熱沖擊溫度的測(cè)定方法，其特征是，熱沖擊溫度與分界點(diǎn)溫度之間密切相關(guān)，即TiNi形狀記憶合金的熱沖擊溫度比分界點(diǎn)溫度低3.2±0.2℃；TiNiCu形狀記憶合金的熱沖擊溫度比分界點(diǎn)溫度低1.1±0.2℃，利用這一溫度變化規(guī)律，可以簡(jiǎn)單方便、準(zhǔn)確地測(cè)定鈦鎳基形狀記憶合金的熱沖擊溫度，其工作步驟為(1)切取試樣，采用冷卻液冷卻，在馬氏體逆相變溫度區(qū)間受到熱沖擊的鈦鎳基形狀記憶合金上切取直徑或?qū)挾葹?～5mm，重10～50mg的薄片試樣；(2)清洗試樣，分別在化學(xué)純酒精、丙酮中采用超聲波清洗試樣10～20分鐘，再用去離子水，采用超聲清洗10～20分鐘，然后晾干備用；(3)測(cè)定相變曲線，將試樣分別以升、降溫速率為5～15℃/min，放入示差掃描量熱儀(DSC)中測(cè)定其相變曲線；(4)測(cè)定分界點(diǎn)溫度，測(cè)定馬氏體逆相變曲線中相變過(guò)程的分界點(diǎn)溫度；(5)確定熱沖擊溫度，TiNi形狀記憶合金的熱沖擊溫度等于分界點(diǎn)溫度減去3.2±0.2℃；TiNiCu形狀記憶合金的熱沖擊溫度等于分界點(diǎn)溫度減去1.1±0.2℃。
全文摘要
鈦鎳基形狀記憶合金熱沖擊溫度的測(cè)定方法，熱沖擊溫度與分界點(diǎn)溫度之間密切相關(guān)，即TiNi形狀記憶合金的熱沖擊溫度比分界點(diǎn)溫度低3.2±0.2℃；TiNiCu形狀記憶合金的熱沖擊溫度比分界點(diǎn)溫度低1.1±0.2℃，利用這一溫度變化規(guī)律，可以簡(jiǎn)單方便、準(zhǔn)確地測(cè)定鈦鎳基形狀記憶合金的熱沖擊溫度，其工作步驟為(1)切取試樣；(2)清洗試樣；(3)測(cè)定相變曲線；(4)測(cè)定分界點(diǎn)溫度；(5)確定熱沖擊溫度，本發(fā)明具有測(cè)定方法簡(jiǎn)單可靠、精度高、測(cè)定時(shí)間短、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)制件影響很小，取試樣僅需要10～50mg，測(cè)定精度高達(dá)1℃以內(nèi)。
文檔編號(hào)G01N1/04GK1766593SQ200510047398
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者李永華, 王承志, 李玉海 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)