[发明专利]双程形状恢复合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种双程(two-way)形状恢复合金。更具体而言，

本发明涉及这样的双程形状恢复合金：其利用伴随着相变的膨胀和收缩，且实质上并没有利用塑性变形，但能可逆地呈现低温相形状和高温相形状。

背景技术

当将某种材料在低温下进行塑性变形并随后将其加热至高温时，该材料恢复到发生塑性变形之前其所具有的形状，这种现象称为形状记忆效应。显示形状记忆效应的合金称为形状记忆合金。

人们期望将形状记忆合金用于如下用途中：

(1)用于根据温度来改变活塞环张力的螺旋胀簧(请参见国际公开WO 2004/090318)，

(2)用于根据温度来控制油流量的系统(请参见日本专利文献JP-A-11-264425)，以及

(3)兼具温度传感器功能的致动器和各种开关部件。

传统上已知多种材料为形状记忆合金。其中，Ti-Ni合金是最为人所熟知的一类形状记忆合金类型。经过高温下的形状记忆处理的Ti-Ni合金被用于多种用途。Ti-Ni合金的形状记忆效应归因于以下特性：当通过外力作用下的孪晶变形而产生的低温相(马氏体相)逆转变为高温相(奥氏体相)时，该体系会恢复到通过形状记忆处理而形成的形状。

然而，Ti-Ni合金存在因材料成本高而难以进行广泛应用的问题。此外，还存在这样的问题：由于该合金的转变温度大约为室温，因此不能将其用于需要形状恢复温度为100℃以上的用途中。

与Ti-Ni合金不同的是，以Fe-Mn-Si合金为代表的铁基形状记忆合金具有价格低廉且形状恢复温度较高的特点。铁基合金的形状记忆效应可归因于以下特性：当通过应力诱导下的ε马氏体转变(即通过在大于或等于M_s点至小于或等于M_d点的温度下对体系进行塑性变形，从而诱发的由γ(FCC)相到(HCP)相的转变)而生成的ε相逆转变为γ相时，该体系会恢复到受加工之前体系的形状。

但是，铁基形状记忆合金存在以下问题及其他一些问题：

(1)铁基合金的形状记忆效应不如Ti-Ni形状记忆合金；

(2)由于铁基合金含有铁，因此其耐腐蚀性和抗氧化性差；并且

(3)当在退火状态下对铁基合金进行塑性变形时，其容易出现裂缝。

为了克服这些问题，人们迄今已经提出多种提案。

例如，日本专利文献JP-T-2000-501778(本文所使用的术语“JP-T”是指PCT专利申请的日语翻译公报)公开了含有28.80％的Mn、5.24％的Si、0.20％的Cr和0.11％的N、以及余量为Fe的含氮铁基形状记忆合金。

该文件中就效果有这样的表述：通过氮的合金化，不仅使Fe-Mn合金的形状记忆特性得以改善，而且包括阻尼特性在内的机械特性也得到改善。

日本专利文献JP-A-10-36943公开了制造Fe-Mn-Si形状记忆合金的方法。在该方法中，将具有给定组成的Fe-Mn-Si合金进行成形，然后在高于1,000℃且低于1,200℃的温度下将其保持15分钟以上。

该文件中就效果有这样的表述：该方法能有效抑制应力变形时的裂缝形成，其中裂缝的形成是由富含锰和硅的细小的金属间化合物的弥散沉淀而导致的。

日本专利文献JP-A-2-221321公开了制造铁基形状记忆合金的方法。在该方法中，在大于或等于M_d′点(在该温度下进行加工时，不会诱发形成ε马氏体和α′马氏体)且小于或等于700℃的温度下，对具有给定组成的Fe-Mn-Si合金进行加工，然后在大于或等于(M_d′点+200℃)的温度下进行退火。

该文件中有如下表述：

(1)由于在不低于M_d′点的温度下对合金进行加工，因此可以抑制ε马氏体和α′马氏体(ε马氏体和α′马氏体会对加工性造成不利的影响)的产生，从而极大地提高了加工极限，并且

(2)由于在不低于(M_d′点+200℃)的温度下进行退火，因此可以消除通过加工而产生的γ相中的应变或者可使γ相再结晶，从而使形状记忆特性得以改善。

此外，日本专利文献JP-A-7-292448公开了一种Fe-Mn-Si形状记忆合金，其通过对具有给定组成的Fe-Mn-Si合金进行热处理，从而在其表面上形成厚度为10μm以上的α相而制得。

该文件中有如下表述：