一種具有超彈性的復合金屬線材及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種具有超彈性的復合金屬線材及其制備方法。該具有超彈性的復合金屬線材由包套和至少一級芯材組成，第一級芯材為一根絲材，當該具有超彈性的復合金屬線材包括二級以上的芯材時，第二級芯材由多股包有包套的第一級芯材組成，之后每一級芯材均由多股包有包套的前一級芯材組成，其中，所述包套由TiNi形狀記憶合金制成，所述絲材為金屬或合金制成的。本發明專利技術還提供了上述具有超彈性的復合金屬線材的制備方法。本發明專利技術所提供的具有超彈性的復合金屬線材能夠具有較高的強度和彈性，能夠適應對于強度、彈性有較高要求的應用場合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于復合材料領域。
技術介紹
TiNi形狀記憶合金由于具有形狀記憶效應、超彈性等功能特性，已廣泛用于航空航天、生物醫學、新型能源和交通運輸等領域。Ag、Cu是良好的導電材料，但是其塊體材料的彈性應變一般不超過O. 5%，為了滿足一些需要高彈性導體的領域，人們開發了可伸縮導體，目前的可伸縮導體主要有以下兩種一是在柔性聚合物基體上沉積導電金屬薄膜，如Ag、Cu等；二是將導電材料彌散到聚合物基體中。這些可伸縮導體的強度(1-1O2MPa)較低，限制了其在一些需要高強度、高彈性的場合的應用，而且導線的電導率(0.01-103S/m)也較低。
技術實現思路
為解決上述技術問題，本專利技術的目的在于提供一種具有超彈性的復合金屬線材，該線材采用形狀記憶合金材料作為包套材料，具有高強度、高彈性的特點。本專利技術的目的還在于提供上述具有超彈性的復合金屬線材的制備方法。本專利技術的目的還在于提供一種超彈性復合導線。為達到上述目的，本專利技術首先提供了一種具有超彈性的復合金屬線材，該具有超彈性的復合金屬線材由包套和至少一級芯材組成，第一級芯材為一根絲材，當該具有超彈性的復合金屬線材包括二級以上的芯材時，第二級芯材由多股包有包套的第一級芯材組成，之后每一級芯材均由多股包有包套的前一級芯材組成，其中，所述包套由TiNi形狀記憶合金制成，所述絲材為金屬或合金制成的。在本專利技術所提供的上述具有超彈性的復合金屬線材中，作為第一級芯材的絲材可以是任何具有較好延展性的金屬或合金，優選地，上述絲材是由Cu、Fe、Ag、Ta和Ni等中的一種或幾種的合金制成的。本專利技術所提供的具有超彈性的復合金屬線材可以是由一根絲材和包套組成的，也可以是具有多級的、由包套包裹芯材的結構，在多級的結構中，中間被包套包裹的芯材可以是由更細的芯材包裹包套組成的。根據本專利技術的具體實施方案，優選地，該具有超彈性的復合金屬線材包括1-3級芯材。在本專利技術所提供的具有超彈性的復合金屬線材中，優選地，從第二級芯材開始，每一級芯材均由16股包有包套的前一級芯材組成。上述具有超彈性的復合金屬線材的尺寸、截面形狀等可以根據需要進行確定。本專利技術還提供了上述具有超彈性的復合金屬線材的制備方法，其是通過拉拔、退火等工藝來制備金屬線材的方法，該方法包括以下步驟將TiNi形狀記憶合金制成包套,將金屬或合金棒裝入包套中，得到第一級初還；在室溫下對第一級初坯進行拉拔變形，當第一級初坯的冷變形量達到30-50%時進行退火處理，退火溫度為600-800°C，退火時間為30min以下；對退火處理后的第一級初坯進行再次的拉拔，并重復進行退火處理和拉拔若干次，直到達到預定尺寸，得到包有包套的第一級芯材，該包有包套的第一級芯材即為由包套和一級芯材組成的具有超彈性的復合金屬線材；將兩股以上的第一級芯材裝入TiNi形狀記憶合金制成的包套中，再重復進行退火處理和拉拔若干次，直到達到預定尺寸，得到包有包套的第二級芯材，該包有包套的第二級芯材即為由包套和兩級芯材組成的具有超彈性的復合金屬線材；重復上述過程多次(即裝入、拉拔、退火處理的過程)，直到達到預定尺寸，得到包有包套的第N級芯材，該包有包套的第N級芯材即為由包套和N級芯材組成的具有超彈性的復合金屬線材。在上述制備方法中，優選地，退火溫度為750°C，退火時間為10_20min。對于本專利技術所提供的具有超彈性的復合金屬線材，其尺寸等具體參數可以通過控制復合組裝以及拉拔等來進行控制，優選地，該具有超彈性的復合金屬線材的直徑為O.1-5. Omm0本專利技術還提供了一種超彈性金屬導線，其是由包套和至少一級芯材組成，第一級芯材為一根絲材，當該超彈性金屬導線包括二級以上的芯材時，第二級芯材由多股包有包套的第一級芯材組成，之后每一級芯材均由多股包有包套的前一級芯材組成。其中，包套由TiNi形狀記憶合金制成,所述絲材為Cu或Ag制成的。根據本專利技術的具體實施方案，優選地，該超彈性金屬導線包括1-3級芯材。根據本專利技術的具體實施方案，優選地，該超彈性金屬導線中，從第二級芯材開始，每一級芯材均由16股包有包套的前一級芯材組成。據本專利技術的具體實施方案，優選地，上述超彈性導線由包套和Cu或Ag制成的絲材組成，并且，該超彈性導線的截面為圓形，線材直徑為O. 42mm,包套內Cu或Ag絲材的直徑為O. 26mm。通過將導電的銅導線置于TiNi形狀記憶合金管中進行拉拔變形加工，最終得到所需直徑的超彈導線。由此所獲得的超彈導線的強度可達560MPa以上，電導率可達2.1 X 107S/m,彈性應變可達7 %。該超彈性導線在具有聞強度、聞彈性的同時，還具有聞電導率的特點。上述超彈性導線可以按照上述具有超彈性的復合金屬線材的制備方法制備得到。本專利技術所提供的技術方案的關鍵在于以形狀記憶合金材料為包套、以金屬或合金為芯部制成超彈性線材，使該線材具有較高的強度和彈性，對于該超彈性線材的具體尺寸可以根據實際需要，通過控制拉拔所采用的金屬或合金的絲材的尺寸、形狀記憶合金制成的包套的尺寸、拉拔工藝參數等來控制。本專利技術所提供的具有超彈性的復合金屬線材能夠具有較高的強度和彈性，能夠適應對于強度、彈性有較高要求的應用場合。當采用Cu或Ag與TiNi形狀記憶合金時，所得到的超彈性導線在具有高強度、高彈性的同時，還可以具有較高的電導率。附圖說明圖1a為實施例1提供的超彈性導線的宏觀照片，圖1b和圖1c為實施例1提供的超彈性導線的橫截面和縱截面掃描電鏡背散射照片；圖2為實施例1提供的超彈性導線的循環應力應變曲線；圖3a和圖3b為實施例1提供的超彈性導線的電阻隨應變變化曲線以及循環穩定性曲線；圖4a_圖4f為實施例2提供的超彈性導線的橫截面掃描電鏡背散射照片；圖5為實施例2提供的超彈性導線的循環應力應變曲線；圖6a和圖6b為實施例2提供的超彈性導線的電阻隨應變變化曲線以及循環穩定性曲線；圖7a和圖7b為實施例3提供的具有超彈性的復合金屬絲材的橫截面和縱截面掃描電鏡背散射照片；圖8a和圖8b為實施例3提供的具有超彈性的復合金屬絲材的循環應力應變曲線及耗散能隨循環應變變化曲線。具體實施例方式為了對本專利技術的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本專利技術的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本專利技術的可實施范圍的限定。實施例1本實施例提供一種超彈性導線(也可以稱為具有超彈性的復合金屬線材)，其具有一級結構，由TiNi形狀記憶合金制成的包套和金屬Cu制成的絲材組成，該絲材包裹在包套中。本實施例提供的超彈性導線是通過以下步驟制備的(I)取外徑為3mm的Cu絲，將其置于內徑為3. 2mm、外徑為5. 2mm的TiNi形狀記憶合金制成的管內，然后進行冷拔，每次冷拔量在30% -50% ；(2)將冷拔后的絲材進行750°C、20min退火處理；(3)將步驟(2)處理后的材料進一步進行冷拔，每次冷拔量在30% -50% ；(4)重復步驟(2)和(3)，直到得到預定尺寸的超彈性導線。本實施例得到的超彈性導線(其宏觀照片如圖1a所示)的直徑為O. 42mm,芯材(或者說第一級芯材)直徑為O. 26_，其橫截面和縱截面分別如圖1b和圖1c所示。該超彈性導線的循環應力應變曲線如圖2所示，由圖2的內容可以看出該超彈性導線具有7%的超彈性變形，遠高于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有超彈性的復合金屬線材，該具有超彈性的復合金屬線材由包套和至少一級芯材組成，第一級芯材為一根絲材，當該具有超彈性的復合金屬線材包括二級以上的芯材時，第二級芯材由多股包有包套的第一級芯材組成，之后每一級芯材均由多股包有包套的前一級芯材組成，其中，所述包套由TiNi形狀記憶合金制成，所述絲材為金屬或合金制成的。

【技術特征摘要】
2012.11.19 CN 201210469216.31.一種具有超彈性的復合金屬線材，該具有超彈性的復合金屬線材由包套和至少一級芯材組成，第一級芯材為一根絲材，當該具有超彈性的復合金屬線材包括二級以上的芯材時，第二級芯材由多股包有包套的第一級芯材組成，之后每一級芯材均由多股包有包套的前一級芯材組成，其中，所述包套由TiNi形狀記憶合金制成,所述絲材為金屬或合金制成的。2.根據權利要求1所述的具有超彈性的復合金屬線材，其中，所述絲材由Cu、Fe、Ag、Ta和Ni中的一種或幾種的合金制成。3.根據權利要求1或2所述的具有超彈性的復合金屬線材，其中，該具有超彈性的復合金屬線材包括1-6級芯材。4.根據權利要求1所述的具有超彈性的復合金屬線材，其中，從第二級芯材開始，每一級芯材均由16股包有包套的前一級芯材組成。5.權利要求1-4任一項所述的具有超彈性的復合金屬線材的制備方法，其包括以下步驟:將TiNi形狀記憶合金制成包套，將金屬或合金棒裝入包套中，得到第一級初坯；在室溫下對第一級初坯進行拉拔變形，當第一級初坯的冷變形量達到30-50%時進行退火處理，退火溫度為600-800°C，退火時間為30min以下；對退火處理后...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜大強，崔立山，黃兵民，姜江，郝世杰，郭方敏，邵陽，李瑞士，
申請(專利權)人：中國石油大學北京，
類型：發明
國別省市：