阅读说明：本技术 一种钛镍合金感温记忆材料及其应用 (Titanium-nickel alloy temperature-sensing memory material and application thereof ) 是由 陈楚洪 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及记忆合金技术领域,公开了一种钛镍合金感温记忆材料,其弹性塑性的感温记忆的温度为20-36℃；所述钛镍合金感温记忆材料制备步骤如下：将钛镍合金置于开放式模具450-480℃环境下热处理20-30min；然后立刻转至13-18℃的水中进行淬水处理；所述钛镍合金包含41-45.9％的钛、54-58.9％的镍、0-0.3％的铁、0-0.3％的铜和0-0.3％的银。该钛镍合金感温记忆材料弹性塑性的感温记忆的温度为20-36℃,在20℃以下环境中,弹性塑性降低,且温度越低越柔软；在常温干燥状态下,材料弹性塑性变化不大；在达到36℃以上时,弹性塑性升高,变形后可立刻恢复。(The invention relates to the technical field of memory alloys, and discloses a titanium-nickel alloy temperature-sensitive memory material, wherein the temperature of elastic-plastic temperature-sensitive memory is 20-36 ℃; the preparation method of the titanium-nickel alloy temperature-sensing memory material comprises the following steps: placing the titanium-nickel alloy in an open mold for heat treatment at the temperature of 450 ℃ and 480 ℃ for 20-30 min; then immediately transferring the mixture to water with the temperature of 13-18 ℃ for quenching treatment; the titanium-nickel alloy comprises 41-45.9% of titanium, 54-58.9% of nickel, 0-0.3% of iron, 0-0.3% of copper and 0-0.3% of silver. The temperature of the elastic and plastic temperature sensing memory of the titanium-nickel alloy temperature sensing memory material is 20-36 ℃, the elastic and plastic property is reduced in the environment below 20 ℃, and the lower the temperature is, the softer the temperature is; under the normal temperature drying state, the elastic plasticity of the material is not changed greatly; when the temperature reaches above 36 ℃, the elasticity and the plasticity are increased, and the elastic deformation can be immediately recovered.)

一种钛镍合金感温记忆材料及其应用

技术领域

本发明涉及记忆合金技术领域，尤其是指一种钛镍合金感温记忆材料及其应用。

背景技术

传统的镍钛合金制作的内衣钢圈只具备初步不变形的高弹性能，短时间内受力发生塑性变化时，撤掉外力后可即刻恢复形状，但当受外力压迫变形时间较长后，则无法恢复形变，故不利于包装运输。又由于内衣钢圈细小，两端尖锐，故在内衣洗涤过程中容易损坏内衣。此外，由于加工处理方式的不稳定性，内衣钢圈在发生较大的塑性变形时容易发生断裂现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：制作一种能够在贴合皮肤时快速恢复形变的记忆材料，要求在20℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在常温状态下，材料弹性塑性变化不大，但在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。这种记忆材料制成钢圈应用在内衣中后，水洗时钢圈与棉麻、化纤材质的衣服一样柔软，解决包装运输时钢圈受到长期压迫后无法恢复形变、洗涤时容易损坏内衣的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种钛镍合金感温记忆材料，其弹性塑性的感温记忆的温度为20-36℃；所述钛镍合金感温记忆材料制备步骤如下：将钛镍合金置于开放式模具，在450-480℃环境下热处理20-30min；然后立刻转至13-18℃的水中进行淬水处理；所述钛镍合金包含质量分数41-45.9％的钛、54-58.9％的镍、0-0.3％的铁、0-0.3％的铜和0-0.3％的银。

优选的，所述钛镍合金包含质量分数43.0-43.9％的钛、56.0-56.9％的镍、0-0.03％的铁、0-0.03％的铜和0-0.022％的银。

优选的，将钛镍合金置于开放式模具，在470±5℃环境下热处理25±2min。

优选的，钛镍合金感温记忆材料弹性塑性的感温记忆的温度为30-36℃。

优选的，所述钛镍合金包含质量分数43.4％的钛、56.5％的镍、0.03％的铁、0.03％的铜和0.022％的银；钛镍合金感温记忆材料制备步骤如下：将钛镍合金置于开放式模具，在470±5℃环境下热处理25min；然后立刻转至15±1℃的水中进行淬水处理。

优选的，所述热处理在马弗炉内进行。

优选的，所述淬水处理的水为循环冷水。使用循环冷水快速带走钛镍合金的热量，避免淬水时水温升高而脱离预期水温的问题。

优选的，所述钛镍合金感温记忆材料为条状。

钛镍合金感温记忆材料，可应用于贴身衣物中。

进一步的，所述贴身衣物为胸罩。

本发明的钛镍合金感温记忆材料，弹性塑性的感温记忆的温度为20-36℃，在20℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在常温状态下，材料弹性塑性变化不大(基本不变)；在达到36℃以上时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。本发明的钛镍合金感温记忆材料可制成钢圈(如图1和2所示)，应用于胸罩等贴身衣物中，冷水洗涤时可达到钛镍合金感温记忆材料柔软不损伤衣物的效果，同时，使产品不会因为运输压迫、使用时间长等而丧失原有的提托胸部的功能和穿戴舒适性能。

本发明的钛镍合金感温记忆材料，弹性塑性的感温记忆的温度主要取决于钛镍合金的成分，钛镍合金热处理的方式、温度、时间，以及萃水温度四大因素。经过不断试验，各种温度等条件的比较测试，发现通过选取特定成分含量的钛镍合金加热至温度450-480℃，进行20-30分钟的热处理，出炉之后再经过13-18℃的循环冷水进行水淬处理(直至产品冷却)，由此制作出来的产品在20℃的水温以下弹性塑性降低(常温状态下产品弹性塑性不变，水温越低塑性弹性更柔软)，达到可以洗涤，不损伤内衣的柔软程度；而在36℃以上(接近人体温度)的环境下，可恢复形变，弹性塑性升高。

传统的模具是密合模具，热处理的方式为封闭式的，温度是通过模具传递到钛镍合金进行热处理(容易受热不均)，若采用封闭式模具，加工得到的感温记忆材料存在部分不合格的情况，尤其是在大批量生产时，合格率难以控制。本发明模具采用开放式的模具，让钛镍合金迅速升温至热处理温度，直接均匀受热，解决封闭式模具中由于间接热传导导致钛镍合金加工条件难以控制的问题。

当钛镍合金包含质量分数41-45.9％的钛、54-58.9％的镍、0-0.3％的铁、0-0.3％的铜和0-0.3％的银，将钛镍合金置于开放式模具，在450-480℃环境下热处理20-30min；然后立刻转至13-18℃的水中进行淬水处理；可实现弹性塑性的感温记忆的温度为20-36℃，即在20℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在常温状态下，材料弹性塑性变化不大，在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。

当钛镍合金包含质量分数43.0-43.9％的钛、56.0-56.9％的镍、0-0.03％的铁、0-0.03％的铜和0-0.022％的银，将钛镍合金置于开放式模具，在470±5℃环境下热处理25±2min；然后立刻转至13-18℃的水中进行淬水处理；可实现钛镍合金感温记忆材料弹性塑性的感温记忆的温度为30-36℃，即在30℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。优选的，钛镍合金包含质量分数43.4％的钛、56.5％的镍、0.03％的铁、0.03％的铜和0.022％的银；将钛镍合金置于开放式模具470±5℃环境下热处理25min；然后立刻转至15±1℃的水中进行淬水处理。

附图说明

图1为本发明的钛镍合金感温记忆材料的正视图；

图2为本发明的钛镍合金感温记忆材料的俯视图；

图3为本发明实施例3中的钛镍合金感温记忆材料的正面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图4为本发明实施例3中钛镍合金感温记忆材料的侧面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图5为本发明选取的市面产品的正面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图6为本发明选取的市面产品的侧面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图7为本发明实施例3中加工前钛镍合金的正面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图8为本发明实施例3中加工前钛镍合金的侧面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

其中，1-正面，2-侧面。

具体实施方式

实施例1

筛选成分(质量分数)包括41-45.9％的钛、54-58.9％的镍、0-0.3％的铁、0-0.3％的铜和0-0.3％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，在450-480℃环境下热处理20-30min；然后立刻转至13-18℃的水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

制得的钛镍合金感温记忆材料感温记忆的温度为20-36℃，即在20℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在常温状态下，材料弹性塑性变化不大，在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。

实施例2

筛选成分(质量分数)包含43.0-43.9％的钛、56.0-56.9％的镍、0-0.03％的铁、0-0.03％的铜和0-0.022％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在470±5℃环境下热处理25±2min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至15±1℃的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

制得的钛镍合金感温记忆材料感温记忆的温度为30-36℃，即在30℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。

实施例3

取成分(质量分数)包含43.4％的钛、56.5％的镍、0.03％的铁、0.03％的铜和0.022％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在470℃(温度波动±5℃内)环境下热处理25min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至15℃(温度波动±1℃内)的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

本实例制得的钛镍合金感温记忆材料感温记忆的温度为30-36℃，即在30℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。

所得的钛镍合金感温记忆材料可应用于贴身衣物中，如塑身衣、胸罩中的钢圈等。

实施例4

取成分(质量分数)包含41.0％的钛、58.9％的镍、0.03％的铁和0.022％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在450℃环境下热处理30min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至18℃的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

实施例5

取成分(质量分数)包含45.9％的钛、54.0％的镍、0.01％的铁、0.03％的铜和0.02％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在480℃环境下热处理20min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至13℃的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

实施例6

取成分(质量分数)包含41.8％的钛、57.0％的镍、0.3％的铁、0.03％的铜和0.01％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在460℃环境下热处理25min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至15℃的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

实施例7

取成分(质量分数)包含43.0％的钛、56.9％的镍、0.03％的铁和0.022％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在450℃环境下热处理30min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至18℃的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

实施例8

取成分(质量分数)包含43.9％的钛、56.0％的镍、0.03％的铜、0.03％的铁和0.02％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在480℃环境下热处理20min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至13℃的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

实施例9

取成分(质量分数)包含42.5％的钛、56.6％的镍、0.08％的铜、0.02％的铁和0.01％的银的钛镍合金。

将钛镍合金置于开放式模具，放入马弗电阻炉内，在480℃环境下热处理20min；然后将钛镍合金从模具中取出，立刻转至13℃的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆材料。

试验一：钛镍合金成分对制备的钛镍合金感温记忆材料弹性塑性的感温记忆温度的影响

选取不同成分含量的钛镍合金，测定其钛、镍、铜、铁和银的含量，分组编号为试验1-8。

利用开放式模具，采用相同的制备方法，制备长度250mm、宽度2mm、厚度0.7mm的钛镍合金感温记忆钢圈，具体为：将各组钛镍合金分别单独置于开放式模具，放入马弗电阻炉内470℃(温度波动±5℃内)环境下热处理25min；然后将各组钛镍合金从模具中取出，立刻转至15℃(温度波动±1℃内)的循环冷水中进行淬水处理，淬水至钛镍合金温度与水温一致，取出晾干即得到钛镍合金感温记忆钢圈。

将试验1-8制成的钢圈依次置于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、36℃、40℃、45℃、40℃、35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃的温度下，待钢圈达到相应环境温度后，检查各试验组钢圈的弹性塑性变化及柔软度情况。各试验组的钛镍合金成分含量及钢圈测试结果如表1所示。

表1

从实验结果可看出，试验3和试验7中的钢圈在20℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在常温20-36℃状态下，材料弹性塑性变化不大，在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。试验4-6中的钢圈，在30℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复。

试验二：热处理的方式对制备的钛镍合金感温记忆材料弹性塑性的感温记忆温度的影响

选取成分含量43.4％的钛、56.5％的镍、0.03％的铁、0.03％的铜和0.022％的银的钛镍合金(试验5的钛镍合金)。

分两组试验9和试验10，分别利用开放式模具(试验9)和封闭式模具(试验10)的制备方法(其他条件与试验一中制备工艺相同)，各组分别制备长度250mm、宽度2mm、厚度0.7mm的钛镍合金感温记忆钢圈500个。统计各组制得的钛镍合金感温记忆钢圈感温记忆的温度为30-36℃(即在30℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复)的合格数量，结果如下表2：

表2

项目	试验9	试验10
			热处理的方式	开放式模具	封闭式模具
制备数量	500	500
			合格数量	500	381
合格率	100％	76.2％

试验三：热处理的温度、时间以及萃水温度对制备的钛镍合金感温记忆材料弹性塑性的感温记忆温度的影响

选取成分含量43.4％的钛、56.5％的镍、0.03％的铁、0.03％的铜和0.022％的银的钛镍合金(试验5的钛镍合金)。

按照表3中的热处理的温度、时间以及萃水温度及试验一的制备步骤(其他条件与试验一的制备工艺相同)，分别制成试验11-16的钛镍合金感温记忆钢圈(长度250mm、宽度2mm、厚度0.7mm)，验证各试验组制得钢圈的感温记忆温度是否为30-36℃(即在30℃以下环境中，弹性塑性降低，且温度越低越柔软；在达到36℃以上环境温度时，弹性塑性升高，变形后可立刻恢复)，结果如下表3：

表3

试验四：弯折试验

试验17：将试验5制备的钛镍合金感温记忆钢圈在30℃环境下弯折(弯折角度小于180度)，然后在弯折状态(弯折角度120度)下置于36℃环境中，测得其恢复弹性形变的时间为10秒。

试验18：将试验5制备的钛镍合金感温记忆钢圈在30℃环境下连续弯折(弯折角度小于180度)500次，然后在弯折状态(弯折角度120度)置于36℃环境中，测得其恢复弹性形变的时间为24秒。

试验19：将试验5制备的钛镍合金感温记忆钢圈在30℃环境下弯折120度，保持弯折状态5天，再置于36℃环境中，测得其恢复弹性形变的时间为10秒。

试验20：将试验5制备的钛镍合金感温记忆钢圈在30℃环境下弯折120度，保持弯折状态15天，再置于36℃环境中，测得其恢复弹性形变的时间为12秒。

试验21：将试验5制备的钛镍合金感温记忆钢圈在30℃环境下弯折120度，保持弯折状态30天，再置于36℃环境中，测得其恢复弹性形变的时间为15秒。

试验22：将试验5制备的钛镍合金感温记忆钢圈在30℃环境下弯折120度，保持弯折状态60天，再置于36℃环境中，测得其恢复弹性形变的时间为25秒。

试验五：检测微结构

按照实施例三的方法制备镍合金感温记忆钢圈(长度250mm、宽度2mm、厚度0.7mm)，检测制备的钛镍合金感温记忆钢圈的微观结构，同时对比检测市面钛镍合金钢圈产品的微观结构，以及检测本实施例中加工前钛镍合金的微观结构，显微结果如图3-图8。

图3为钛镍合金感温记忆材料的正面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图4为钛镍合金感温记忆材料的侧面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图5为选取的市面产品的正面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图6为选取的市面产品的侧面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图7为加工前钛镍合金的正面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片；

图8为加工前钛镍合金的侧面分别放大100倍、200倍和400倍的光学显微镜照片。

从图3-8的结果分析可知，实施例三样品以针状马氏体为主，马氏体较为粗壮，未见其他组织，马氏体呈现60°交替结构。而实施例三样品加工前所采用的的条状钛镍合金，其内除针状马氏体外，还有少量由螺位错形成的台阶状结晶，且马氏体分布不均匀。市场成品产品除马氏体以外还有其他相，马氏体相较实施例三样品细小，且量少。故，经过本发明的加工方法加工后，感温记忆材料其内的微观发生了特定的变化后才具有贴合皮肤时快速恢复形变、20℃以下温度水洗柔软的性能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。