[其他]宇航飛行器溫控百葉窗雙向驅(qū)動元件制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85104151
• 申請日: 1985-06-04
• 公開（公告）號: CN85104151B
• 公開（公告）日: 1988-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周守理
• 申請（專利權(quán)）人: 天津市冶金局材料研究所
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;B64G1/50
• 代理公司: 天津市冶金工業(yè)局專利代理事務(wù)所
• 代理人: 劉鴻壽

本發(fā)明是關(guān)于宇航飛行器溫控百葉窗使用的一種雙向驅(qū)動元件的制造方法。

目前，飛行器溫控百葉窗驅(qū)動元件大多采用雙金屬材料制做，其原理是利用兩種金屬材料膨脹系數(shù)不同，靠溫度敏感性的差別產(chǎn)生驅(qū)動作用。其缺點是元件結(jié)構(gòu)重、效率低、熱滯后大。本發(fā)明的目的是提供一種新型驅(qū)動元件，取代雙金屬元件。這種新型驅(qū)動元件是用鎳-鈦形狀記憶合金制做的一種具有雙向記憶效應(yīng)的雙向驅(qū)動元件。所謂雙向驅(qū)動即當溫度由高到低或由低到高變化時，元件可自發(fā)地由一種形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形狀，這樣就可驅(qū)動百葉窗開啟或關(guān)閉。這種元件具有雙向記憶效應(yīng)，在高溫時記住一種形狀，在低溫馬氏體狀態(tài)時記住另一種形狀，當溫度變化時元件便自動改變形狀。本發(fā)明提供的這種新型驅(qū)動元件的優(yōu)點是體積小、重量輕、強度高、耐蝕性和耐磨性優(yōu)良、靈敏度高、熱滯后小、驅(qū)動力大。

本發(fā)明提供的這種新型驅(qū)動元件是用鎳-鈦形狀記憶合金制做的，該合金含有原子比為50.6%-50.8%的鎳，余量為鈦，合金先由真空爐熔煉成一次錠，再經(jīng)感應(yīng)爐重熔，然后合金在900-1000℃溫度下進行均勻化處理，鍛造成方坯后再于850-950℃溫度下軋制成厚度為0.3-0.4毫米的薄帶材，再切割成寬度為8毫米的帶條，即為加工驅(qū)動元件的坯料。

元件的制備方法是：先將帶條在350-500℃溫度下退火消除部份應(yīng)力，以保證材料易于變形，并易于產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體，該溫度為元件的予處理溫度。然后在合金Ms溫度以上將帶條彎曲定型成元件（平面螺旋狀），隨后帶載在500-600℃溫度下進行高溫處理，再把帶載元件放入低溫介質(zhì)（-5-0℃）中，最后在0℃卸載，此時元件即獲得雙向記憶效應(yīng)。

元件定型時控制變形量為8-10%，使元件內(nèi)部組織產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體，短時間的高溫處理使元件內(nèi)的馬氏體按約束的軌跡逆轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷谺2相，以固定高溫相的形狀，帶載冷卻使元件內(nèi)馬氏體組織定向生長并長大，因此，當元件冷卻時，元件內(nèi)的馬氏體組織按照單一的變態(tài)相變規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏鸟R氏體變態(tài)組織，以完成馬氏體狀態(tài)時的形變（低溫形狀）。升溫時元件按照逆轉(zhuǎn)變規(guī)律恢復(fù)原狀，這就是元件的雙向記憶效應(yīng)。

本發(fā)明提供的這種鎳-鈦記憶合金雙向驅(qū)動元件重4克，外徑29毫米，面雙金屬元件重28克，外徑40毫米。本發(fā)明提供的這種雙向驅(qū)動元件重量僅為雙金屬元件的1/7，體積僅為雙金屬元件的3/5。

重量輕、體積小對宇航飛行器的熱設(shè)計來說具有重要意義，不僅能提高百葉窗的熱性能，還可以減小動作室的體積，隨之減少動作室的漏熱率，提高熱效率，節(jié)省能源消耗。

本發(fā)明提供的這種鎳-鈦雙向驅(qū)動元件在形狀變化過程中，產(chǎn)生的恢復(fù)力遠遠大于雙金屬元件產(chǎn)生的力，如旋轉(zhuǎn)90°時，鎳-鈦驅(qū)動元件作功6.8公斤·毫米，而雙金屬元件做功僅為1.3公斤·毫米，為雙金屬元件的5.2倍。

本發(fā)明提供的這種雙向驅(qū)動元件的雙向記憶效應(yīng)靈敏、穩(wěn)定，經(jīng)過二萬多次冷熱循環(huán)試驗，元件轉(zhuǎn)動角度和靈敏度不受影響。由電阻率和溫度（ρ-T）曲線精確地確定了元件的M_S點溫度為-2℃，As點溫度為3℃。測定了高低溫相的電阻率Ms溫度時的電阻率為87.3μΩ-cm，As溫度時的電阻率為82.2μΩ-cm。曲線的不同部分顯示了不同的晶體結(jié)構(gòu)特點，并發(fā)現(xiàn)雙向驅(qū)動元件ρ-T曲線由低溫到高溫轉(zhuǎn)化時ρ峰值有明顯的寬化現(xiàn)象，這樣現(xiàn)象證明在該溫度范圍內(nèi)有殘留的馬氏體存在，這是雙向記憶效應(yīng)靈敏的依據(jù)。在LN₂（液氮）環(huán)境中ρ曲線普遍上升，低溫區(qū)有明顯的馬氏體轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。附圖為雙向驅(qū)動元件的電阻率-溫度（ρ-T）曲線和角度-溫度（O-T）曲線，證實了ρ隨溫度變化與形狀恢復(fù)角度有著密切連系，相互存在對應(yīng)關(guān)系。如①點處，a線表明在冷卻時轉(zhuǎn)折點，即B₂→R相轉(zhuǎn)變起點。b線為θ全開→全關(guān)動作點（16℃時）。②點處，a線為R→R+B₁₉相轉(zhuǎn)變點（即Ms），b線表明θ角趨向全關(guān)。③點處a線表明B₁₉+R→R相轉(zhuǎn)變點（As），b線表明由全關(guān)→全開的動作點。④點處a線表明R→B₂相轉(zhuǎn)變點，b線表明θ角全開。

ρ-T，θ-T曲線證明雙向驅(qū)動元件的全開與全關(guān)溫度與電阻率變化相一致，并證明元件的工作溫度區(qū)正是合金予馬氏體階段呈現(xiàn)區(qū)，所以，元件具備靈敏度高、熱滯后小、動作迅速等優(yōu)點。