專利名稱：用于處理包括形狀記憶材料在內(nèi)的材料的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的處理，所述材料包括金屬、合金和形狀記憶材料。形狀記憶材料包括形狀記憶合金(SMA)和形狀記憶聚合物(SMP)。特別是，本發(fā)明涉及加工或處理材料的方法和系統(tǒng)來(lái)以可控的方式調(diào)節(jié)預(yù)定區(qū)域的局部化學(xué)特性從而得到預(yù)定結(jié)果。
背景技術(shù)：
在幾乎所有エ業(yè)中都使用材料加工來(lái)制備不同性質(zhì)的材料以用于不同應(yīng)用的產(chǎn)品。在某些領(lǐng)域，仍在開(kāi)發(fā)材料處理的方法。這些領(lǐng)域包括形狀記憶材料的領(lǐng)域。形狀記憶材料是在高溫時(shí)能夠被鍛造成保持或回到特殊形狀并在低溫時(shí)是可延展的材料。盡管低溫時(shí)被彎成不同的形狀，但當(dāng)溫度升高時(shí)材料回到鍛造的形狀。材料回復(fù)至鍛造的高溫結(jié)構(gòu)時(shí)的溫度通常稱作轉(zhuǎn)變溫度。在這些材料中發(fā)生的形狀記憶效果涉及可逆固態(tài)相轉(zhuǎn)變，其中材料隨著溫度的降低在奧氏體狀態(tài)與馬氏體狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變。在奧氏體狀態(tài)中，形狀記憶材料更容易變形并通常能夠在幾乎恒定應(yīng)力水平下適應(yīng)明顯的塑性形變。當(dāng)形狀記憶材料為馬氏體狀態(tài)時(shí)，其能夠被加熱并且熱的施用導(dǎo)致金屬回復(fù)到奧氏體狀態(tài)。在特殊溫度或跨越溫度范圍可發(fā)生轉(zhuǎn)變。形狀記憶材料已經(jīng)是非常公知的并且在許多應(yīng)用中使用，所述應(yīng)用例如醫(yī)療(例如展伸)、エ業(yè)、汽車、航天及各種應(yīng)用。通常能夠?qū)⑿螤钣洃洸牧戏譃樾螤钣洃浗饘?合金(SMA)和形狀記憶聚合物(SMP)。許多合金可被制成形狀記憶材料，包括某些磁性材料和合金。SMA的三個(gè)主要類型包括I)鎳-鈦(NiTi)2)銅_鋒_招-鎮(zhèn)3)銅-鋁-鎳其它SMA包括但不限于I) Ag-Cd 44/49at. % Cd2) Au-Cd 46. 5/50at. % Cd3) Cu-Al-Ni 14/14. 5wt. % Al 和 3/4. 5wt. % Ni4) Cu-Sn 約 15at. % Sn5) Cu-Zn 38. 5/41. 5wt. % Zn6) Cu-Zn-X (X = Si、Al、Sn)7) Fe-Pt 約 25at. % Pt8) Mn-Cu 5/35at. % Cu9) Fe-Mn-Si10) Pt 合金
11) Co-Ni-Al12)Co-Ni-Ga13) Ni-Fe-Ga14)各種濃度的Ti-Pd15) Ni-Ti ( 55% Ni)(at. %=原子百分比)SMP的實(shí)例包括但不限于
I)具有離子或液晶組分的聚氨酯基形狀記憶聚合物2)使用馬來(lái)酸酐交聯(lián)的聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酷-聚環(huán)氧こ烷(PET-PEO)嵌段共聚物最常見(jiàn)的形狀記憶材料之ー是鈦鎳諾(鈦鎳諾)(有時(shí)稱為NiTi)，鈦和鎳的合金。這種應(yīng)用關(guān)注于SMA，特別是鈦鎳諾，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，相似的原理能夠應(yīng)用于其它SMA、SMP或形狀記憶材料。SMA通常是能夠具有単一轉(zhuǎn)變溫度的單片材料。各種因素影響SMA的物理性質(zhì)包括弾性和硬度，所述因素包括SMA的化學(xué)組成和SMA經(jīng)歷的特別處理。特別是，對(duì)于具有輕微變化的近等原子比基體金屬組成的鈦鎳諾SMA，Ni對(duì)Ti的比率能夠明顯影響轉(zhuǎn)變溫度。鈦鎳諾的優(yōu)異的偽彈性、形狀記憶和生物相容性使其成為各種應(yīng)用的首選，所述應(yīng)用包括航天、微電子和醫(yī)療設(shè)備。它的偽彈性能夠使鈦鎳諾經(jīng)受最高至18%的應(yīng)變并且隨后一旦釋放完全回復(fù)。由鈦鎳諾在冷卻過(guò)程中從剛性高溫奧氏體相轉(zhuǎn)變成可延展的低溫馬氏體相而產(chǎn)生形狀記憶效果。一旦將高溫形狀鍛造成處于奧氏體相的鈦鎳諾加工件，之后它能夠被冷卻成其馬氏體相并進(jìn)行彈性變形；然而一旦加熱，所述材料將轉(zhuǎn)變回奧氏體相并回復(fù)成其原始形狀。影響轉(zhuǎn)變溫度的主要因素包括I)合金元素(即Ni對(duì)Ti的比率)、2)形變熱加工和3)嵌入金屬基體中的沉淀物。盡管具有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的鈦鎳諾的性質(zhì)是公知的，但最近為了拓寬SMA的應(yīng)用范圍并使它們?cè)诂F(xiàn)有的應(yīng)用中更有用，仍努力制備具有一個(gè)以上轉(zhuǎn)變溫度的單片鈦鎳諾。在發(fā)展下，申請(qǐng)人注意到兩種材料形成技術(shù)g在用來(lái)由基體元件形成單片形狀記憶合金以提供具有多種轉(zhuǎn)變溫度的SMA。I)流延成型應(yīng)用元素粉末的不同組成并將它們燒結(jié)形成單片材料。近來(lái)，燒結(jié)的近等原子比的鎳與鈦的粉末展現(xiàn)出形狀記憶效果。而且，已經(jīng)顯示了改變單片板上的局部組成的嘗試。然而，鈦氧化的固有本質(zhì)使其很難控制實(shí)際組成，并且該過(guò)程能夠形成易碎的結(jié)構(gòu)。此外，燒結(jié)過(guò)程中形成的多孔材料通常導(dǎo)致不良的機(jī)械性能。2)激光近成形(LENS)是可商購(gòu)獲得的快速定型方法，其使用元素粉末通過(guò)層結(jié)構(gòu)生成層。通過(guò)改變方法參數(shù)，可能在加工過(guò)程中改良轉(zhuǎn)變溫度。然而，與加工有關(guān)的復(fù)雜性能夠使其很難準(zhǔn)確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變溫度。此外，最終產(chǎn)物通常具有粗糙的表面拋光并且需要大量的后續(xù)加工?；谇笆?，需要改進(jìn)的用于加工或處理材料特別是形狀記憶材料的方法和系統(tǒng)，從而提供具有多個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的材料并試圖克服至少某些上述關(guān)注點(diǎn)。發(fā)明簡(jiǎn)述根據(jù)本文的第一方面，提供處理材料的方法，所述方法包括以可控的方式將能量施加于材料的預(yù)定部分，從而改變預(yù)定部分的局部化學(xué)特性以提供預(yù)定結(jié)果。在以可控方式施加能量的過(guò)程中，可能僅處理部分材料同時(shí)剩下通常沒(méi)有受到影響的材料的其它部分，并還使之用于更復(fù)雜地調(diào)節(jié)局部化學(xué)特性和結(jié)構(gòu)。在SMA的上下文中，在預(yù)定位置使記憶或附加記憶設(shè)置在材料中并使材料具有全面預(yù)定的轉(zhuǎn)變溫度。應(yīng)理解的是，在某些情況中，預(yù)定部分可包括材料的所有部分。在特殊情況中，施加能量包括用激光處理預(yù)定部分。在這種情況中，所述方法可包括選擇激光的功率、光束尺寸和運(yùn)動(dòng)速度來(lái)產(chǎn)生預(yù)定的結(jié)果；將激光聚焦在所述預(yù)定部分的子部分上；以及調(diào)節(jié)激光與材料的空間關(guān)系從而激光光束接觸到所有的預(yù)定部分。在某些情況中，可以脈沖方式運(yùn)行激光來(lái)提供能量的更短促迸發(fā)從而控制能量的施加。如上所述，通?？刂扑┘拥哪芰恳越档湍芰繉?duì)材料的預(yù)定部分外的傳導(dǎo)。在各種特殊的情況中，預(yù)定或期望的結(jié)果可根據(jù)材料的期望用途/應(yīng)用和材料性質(zhì)而變化。例如，當(dāng)材料為形狀記憶材料吋，所述預(yù)定結(jié)果是對(duì)所述形狀記憶材料的預(yù)定部分提供附加記憶(即對(duì)預(yù)定部分提供轉(zhuǎn)變溫度，所述轉(zhuǎn)變溫度不同于材料剰余部分的轉(zhuǎn)變溫度)或改變形狀記憶材料的偽彈性從而提供附加的偽彈性區(qū)域。在不必限于形狀記憶材料的其它實(shí)例中，可計(jì)劃獲得其它結(jié)果。例如，預(yù)定部分可為材料的表面或表面層，并且所述預(yù)定結(jié)果是調(diào)節(jié)表面或表面層中的組分濃度來(lái)在材料表面形成氧化物層從而提供抗腐蝕性。應(yīng)理解的是，表面層的層厚取決于材料的性質(zhì)、能量施加的方法、材料的預(yù)期用途等。在另ー實(shí)例中，預(yù)定結(jié)果可為從材料中除去雜質(zhì)。在另ー實(shí)例中，預(yù)定結(jié)果可以是在材料中生成至少ー種附加相粒子。附加相中的粒子的形成能夠?yàn)榫ЯＩL(zhǎng)提供成核位置，所述晶粒生長(zhǎng)反過(guò)來(lái)能夠增強(qiáng)材料。在某些情況中，還可控制材料預(yù)定部分的冷卻來(lái)產(chǎn)生預(yù)定結(jié)果。例如，可以預(yù)定速率來(lái)冷卻預(yù)定部分來(lái)改變預(yù)定部分的表面結(jié)構(gòu)。在其它情況中，所述方法可包括加入填充材料從而在施加能量的過(guò)程中可利用填充材料。在這種情況中，可加入材料組分的附加量來(lái)改變預(yù)定部分的成分(例如具體組分的濃度)或可加入其它材料來(lái)以其它方式影響預(yù)定部分的局部化學(xué)特性。在其它情況中，材料包含兩片形狀記憶材料，并且預(yù)定部分包含兩片待結(jié)合的區(qū)域，以及預(yù)定結(jié)果包括向所述預(yù)定部分提供轉(zhuǎn)變溫度，所述轉(zhuǎn)變溫度不同于兩片中至少ー片的轉(zhuǎn)變溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包含至少兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶材料，其中在形成所述材料后施予至少一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度。在特殊的情況中，至少兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度中的至少ー個(gè)是通過(guò)本文所述的方法形成的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于處理材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含能量模塊，用于對(duì)材料的預(yù)定部分施加能量；定位模塊，用于材料和能量模塊彼此之間的定位；處理模塊，用于控制定位模塊和能量模塊來(lái)處理材料從而改變材料的預(yù)定部分的局部化學(xué)特性以提供預(yù)定結(jié)果。


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為了更好地理解本文所述的實(shí)施方式并更清楚地顯示這些實(shí)施方式是如何實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在僅通過(guò)實(shí)施例并參考附圖來(lái)說(shuō)明實(shí)施方式和詳細(xì)內(nèi)容，其中圖1為用于處理材料從而以可控方式改變局部化學(xué)特性的方法的實(shí)施方式的流程圖；圖2為用于處理材料從而以可控方式改變局部化學(xué)特性的系統(tǒng)的實(shí)施方式的方塊圖；圖3A顯示傳導(dǎo)焊接；圖3B顯示小孔焊接；圖4A和4B是顯示拉伸樣品的尺寸的示意圖；圖5顯示偽彈性的NiTi合金的負(fù)載_卸載曲線；圖6A和6B顯示處理參數(shù)對(duì)最小焊接寬度的影響；圖7為變化的脈沖頻率的代表性拉伸曲線；圖8為變化的峰值功率輸入的代表性拉伸曲線；圖9顯示焊接樣品中的多個(gè)曲線平臺(tái)；圖10顯示第一和第二負(fù)載曲線；圖IlA和IlB顯示未焊接的樣品和激光焊接的樣品的周期負(fù)載；圖12A和12B顯示沿著垂直和平行焊接軸的微硬度軌跡；圖13顯示基體材料和焊接材料的差示掃描量熱(DSC)掃描曲線；圖14A和14B顯示基體材料和熔融邊界微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡照片；圖15A、15B和 15C分別顯示與基體金屬相比，O. 6k W，10pps、0. 6kff, Ipps和O. 9kff,IOpps下的焊接上部和底部的X射線衍射數(shù)據(jù)(XRD)；圖16A、16B和16C是具有多個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的鈦鎳諾條的照片；圖17A和17B是具有不同轉(zhuǎn)變溫度的ニ維或三維應(yīng)用的SMA的其它形狀的圖解；圖18顯示對(duì)形狀記憶元件的不同轉(zhuǎn)變溫度的應(yīng)用的其它圖解；圖19顯示具有多個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的帯狀金屬材料的預(yù)期應(yīng)力-應(yīng)變曲線；圖20顯示具有多個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶元件的實(shí)例應(yīng)用；圖21顯示具有多個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶元件的另ー實(shí)例應(yīng)用；圖22k和22B顯示具有多個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶元件的另ー實(shí)例應(yīng)用；圖23顯示含有雜質(zhì)的本體材料的橫截面；圖24顯示處理后鈦鎳諾中的Ti2Ni粒子；圖25A至2 顯示經(jīng)歷系列激光脈沖的組成改變的效果；以及圖26為顯示第二相轉(zhuǎn)變的相圖。發(fā)明詳述應(yīng)理解的是，為了簡(jiǎn)單清楚的說(shuō)明，合適地在附圖中重復(fù)使用引用數(shù)字來(lái)表示相應(yīng)或類似的元件或步驟。此外，為了對(duì)本文所述示例性實(shí)施方式提供全面的理解，列出許多具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，也可以實(shí)施本文所述的實(shí)施方式。在其它實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)描述已知的方法、步驟和組成，但不會(huì)使本文所述的實(shí)施方式不清楚。而且，本說(shuō)明書(shū)不視為以任何方式限制本文所述實(shí)施方式的范圍，但相反僅視為實(shí)現(xiàn)本文各種實(shí)施方式的描述。
盡管以下討論一定程度關(guān)注于形狀記憶合金(SMA)，但應(yīng)理解的是原理、方法和系統(tǒng)能夠相似地應(yīng)用于其它形狀記憶材料。而且，如下文所述，作為受關(guān)注的結(jié)果，最初開(kāi)發(fā)的與形狀記憶材料有關(guān)的方法還可應(yīng)用于其它材料，包括金屬。傳統(tǒng)的形狀記憶合金(SMA)是批量加工的以制備具有単一轉(zhuǎn)變溫度的單片板。由于SMA內(nèi)的均相組成和結(jié)構(gòu)，這種加工是最合適的。因此，對(duì)于給定的“記憶”形狀這種加エ僅使SMA具有単一的轉(zhuǎn)變溫度。如上所述，已經(jīng)努力制備具有ー個(gè)以上轉(zhuǎn)變溫度的SMA。為了考察將兩片具有不同轉(zhuǎn)變溫度的SMA (鈦鎳諾)連接起來(lái)的可能性，本文申請(qǐng)人已經(jīng)使用焊接技術(shù)在鈦鎳諾上進(jìn)行了測(cè)試。特別是，為了考察兩單片鈦鎳諾的焊接的可能性，申請(qǐng)人使用“平板堆焊”方法進(jìn)行測(cè)試，所述平板堆焊方法其中將鈦鎳諾(鈦鎳諾エ件)的單片板在單片板的中心點(diǎn)進(jìn)行激光焊接。在這個(gè)方法過(guò)程中，實(shí)施的能量和由此的溫度有時(shí)超過(guò)常規(guī)焊接方法中所使用的那些。有趣的是，在較高溫度下，激光的作用是熔融鈦鎳諾的目標(biāo)區(qū)域從而將鈦鎳諾的局部部分完全熔融(即鈦鎳諾經(jīng)歷相轉(zhuǎn)變)但卻被熔融的鈦鎳諾的表面張カ固定在其位置上。盡管在某些情況中，會(huì)遇到附加的中間相轉(zhuǎn)變(例如鈦鎳諾中的R相)，但看起來(lái)附加的中間相在下文進(jìn)ー步討論的形狀記憶效果中沒(méi)有起到顯著的作用。在局部應(yīng)用激光的過(guò)程中，局部溫度和部分壓カ作用導(dǎo)致材料或其成分的熔融和所認(rèn)為的沸騰。盡管在當(dāng)時(shí)沒(méi)有預(yù)期，但隨后的測(cè)試表明經(jīng)過(guò)激光處理的鈦鎳諾エ件部分在經(jīng)過(guò)處理的部分/區(qū)域表現(xiàn)出轉(zhuǎn)變溫度的變化。可以看出鈦鎳諾的熔融和隨后的固化引起鈦鎳諾的局部化學(xué)特性的改變。因此，處理的區(qū)域展現(xiàn)出附加記憶，而所余下的未處理材料仍展現(xiàn)出其原始性質(zhì)和記憶。這種出人意料的發(fā)展為本文更詳細(xì)描述的用于處理的系統(tǒng)和方法提供了背景。特別是，所述系統(tǒng)和方法使ー種或多種附加記憶嵌入單片形狀記憶材料板中。應(yīng)理解的是具有附加記憶能夠提供附加功能用于許多應(yīng)用。相信轉(zhuǎn)變溫度的變化是由于轉(zhuǎn)變溫度對(duì)鈦鎳諾的局部結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性非常敏感。由于熔融(由于所涉及的溫度和部分壓カ)過(guò)程中的蒸發(fā)，之前的微結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定直至熔融金屬的點(diǎn)隨后重固化。特別是，對(duì)于鈦鎳諾，NiTi的初始基體材料通常是均相結(jié)構(gòu)，其用鎳(當(dāng)Ni高于50at. % (原子百分比)時(shí))或鈦(當(dāng)Ti高于50at. %時(shí))飽和。該結(jié)構(gòu)通常通過(guò)將合金退火(500至1200攝氏度)然后淬火獲得以保持NiTi結(jié)構(gòu)。在特別情況下，合金退火可在約800攝氏度實(shí)現(xiàn)。此外，可進(jìn)行諸如滾壓等的機(jī)械處理來(lái)精制微結(jié)構(gòu)并增加強(qiáng)度。然而，當(dāng)結(jié)構(gòu)熔融并重固化(例如，使用下文所述的激光)時(shí)，可汽化ー種或多種成分，同時(shí)促使剩下的飽和成分與最終的液體沿著固化前沿進(jìn)行固化成富集特殊化學(xué)特性。然后，該局部區(qū)域穩(wěn)定成金屬間化物(即富集Ni = Ni3Ti Ni4Ti3 ;Ti = Ti2Ni)。當(dāng)成分中存在不平衡并且還存在所涉及其它機(jī)理時(shí)，可發(fā)生該結(jié)果。盡管重固化金屬的總體化學(xué)特性通常相同(包括基質(zhì)和金屬間化物)，但基質(zhì)化學(xué)組成將與初始基體材料不同。因此，局部區(qū)域中的基質(zhì)將具有不同的轉(zhuǎn)變溫度。有趣的是，在某些情況中，峰溫度能夠保持足夠長(zhǎng)時(shí)間以使局部區(qū)域也經(jīng)歷一定程度的后續(xù)熱處理(例如退火)，所述局部區(qū)域可包括熱影響區(qū)域。SMA的局部熔融對(duì)照于合金/金屬的熱處理的某些較低溫度形式，例如退火，這是由于當(dāng)這些較低溫度處理發(fā)生在固體狀態(tài)而沒(méi)有發(fā)生在熔融液體狀態(tài)中時(shí)，這些處理對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性沒(méi)有影響。此外，當(dāng)合適進(jìn)行時(shí)，熔融處理沒(méi)有完全破壞處于馬氏體狀態(tài)的SMA的超弾性，盡管其導(dǎo)致了超彈性的變化。再次，如上所示，相比于用于從基體組成形成SMA的處理，該處理能夠作用在現(xiàn)有材料上?；谠撘庀氩坏降男畔?，本文申請(qǐng)人已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于加工/處理材料的方法和系統(tǒng)來(lái)更改或改變區(qū)域中的局部化學(xué)特性/結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)預(yù)定結(jié)果。ー個(gè)特殊的結(jié)果是提供具有改變性質(zhì)的形狀記憶材料，例如SMA、鈦鎳諾，特別是單片材料的不同區(qū)域中的多種轉(zhuǎn)變溫度。圖I顯示處理/形成具有多個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的鈦鎳諾的單板或エ件的實(shí)例方法100的流程圖。應(yīng)理解的是，如下文所述，該方法可適于處理其它材料來(lái)改變局部化學(xué)特性/結(jié)構(gòu)來(lái)提供理想的結(jié)果。方法100開(kāi)始于鈦鎳諾單板的放入?？墒紫忍幚礅佹囍Z的單板或エ件從而使特殊形狀記憶賦予單板110。鈦鎳諾的處理來(lái)賦予第一形狀記憶(和轉(zhuǎn)變溫度)是本技術(shù)領(lǐng)域公知。然而，還可處理具有充分組成的未處理合金以展現(xiàn)形狀記憶效果，其中使用處理100 植入第一記憶。然后將已處理的鈦鎳諾エ件移動(dòng)至用于激光處理的加工臺(tái)。所述方法可包括處理儀器等從而基于處理120的期望的轉(zhuǎn)變溫度、化學(xué)組成或預(yù)定結(jié)果來(lái)自動(dòng)計(jì)算所使用的加工參數(shù)。例如在Tang ff, Thermodynamic Studyof the Low-Temperature Phase B 19 and the Martensitic Transformation inNear-Equiatomic Shape Memory Alloys (低溫相B19’的熱動(dòng)力學(xué)研究和近等原子Ti-Ni形狀記憶合金的馬氏體轉(zhuǎn)變)，Metallurgical and Materials Transactions A(冶金學(xué)和材料處理A)，28A卷，三月，1997，第537-544頁(yè)中給出了信息種類的實(shí)例，包括作為NiTi化學(xué)特性的函數(shù)的轉(zhuǎn)變溫度，其能夠用在計(jì)算中或用在查表法中等。應(yīng)理解的是，該實(shí)施方式的這個(gè)方面可由實(shí)際方法的計(jì)算機(jī)可讀說(shuō)明書(shū)組成，當(dāng)通過(guò)計(jì)算設(shè)備(處理儀器)實(shí)施吋，該說(shuō)明書(shū)使方法得以實(shí)施。然后，在這種情況下，將鈦鎳諾エ件在試圖具有改變的局部化學(xué)特性的區(qū)域中進(jìn)行激光處理130來(lái)提供不同的轉(zhuǎn)變溫度。應(yīng)理解的是，取決于應(yīng)用，可移動(dòng)激光以確保將鈦鎳諾エ件的所需區(qū)域進(jìn)行激光處理，或者可選擇地，可相對(duì)于激光移動(dòng)鈦鎳諾エ件。在激光處理130中，將能量施加于鈦鎳諾的局部區(qū)域從而至少發(fā)生某些熔融和汽化(基于局部區(qū)域的溫度和部分壓カ)。諸如鈦鎳諾等的SMA的熔點(diǎn)范圍受到SMA的化學(xué)組成和可發(fā)生在加熱處理中的化學(xué)變化的影響。汽化的速率還受到局部壓カ的影響，這是本技術(shù)領(lǐng)域公知的。對(duì)于鈦鎳諾，在加熱至約1，000攝氏度以上的范圍后，可得到某些效果。這個(gè)溫度范圍對(duì)照于合金/金屬的熱處理的某些較低溫度形式，例如退火，這是由于當(dāng)這些處理發(fā)生在固體狀態(tài)而沒(méi)有發(fā)生在熔融液體狀態(tài)中時(shí)，這些處理對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。在另外特別的情況中，可將鈦鎳諾加熱至約1，250至1，280攝氏度。在其它情況中，將鈦鎳諾加熱至約1，300攝氏度以上，例如約1，320或1，340攝氏度。通常講，選擇溫度提供充足水平的熔點(diǎn)和汽化發(fā)生從而改變化學(xué)特性來(lái)提供期望的結(jié)果，例如另外的轉(zhuǎn)變溫度。優(yōu)選定位并設(shè)定產(chǎn)生熱的能量的施加從而定位局部化學(xué)特性中的變化并且將不會(huì)有任何不期望的效果傳播進(jìn)入SMA板的其它區(qū)域。在許多情況中，較快能量施加處理可提供局部化學(xué)特性中的明顯變化的更好確定的區(qū)域或分區(qū)，并由此定位轉(zhuǎn)變溫度的變化。因此，激光熔融是優(yōu)選的，但還可使用諸如熱阻熔融或等離子體熔融等的其它的加熱形式。在激光熔融的情況下，通常能夠達(dá)到I毫秒以下的合適溫度從而進(jìn)行SMA的非?？斓募訜岷吞幚?。在特別情況中，能夠達(dá)到少于O. 5毫秒的合適溫度。甚至，使用熱阻或等離子加熱，加熱實(shí)施的時(shí)間能夠?yàn)镮秒以下。無(wú)論通過(guò)激光加熱或其它方式，能量施加處理通常在保護(hù)氣體存在下進(jìn)行，所述保護(hù)氣體例如氬氣或類似已知的生產(chǎn)氣體。使用保護(hù)氣體是由于成分或形狀記憶材料可與氧反應(yīng)產(chǎn)生不期望的副產(chǎn)物。能量源移除后，將迅速發(fā)生處理材料的冷卻和重固化。能夠設(shè)定處理參數(shù)來(lái)提供可控的原位冷卻率。在某些情況中，可將鈦鎳諾エ件進(jìn)行進(jìn)一步處理140，例如，能夠使用更快冷卻的冷源(即作為冷卻器的銅或冷氣)或減慢冷卻速率的熱臺(tái)來(lái)控制冷卻和重固化。額外的處理可包括下文一實(shí)例所述的進(jìn)一歩的熱處理或用于特殊應(yīng)用的所準(zhǔn)備的其它處理。圖2是用于處理材料以產(chǎn)生局部化學(xué)特性/結(jié)構(gòu)的可控改變的系統(tǒng)的實(shí)施方式的方塊圖。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，系統(tǒng)用于形成具有多個(gè)的轉(zhuǎn)變溫度的SMA。系統(tǒng)包括投 料模塊150，其用于向定位模塊160提供鈦鎳諾エ件，所述定位模塊用于在處理之前和/或在處理過(guò)程中調(diào)節(jié)鈦鎳諾エ件的位置，和移除模塊，其用于移動(dòng)鈦鎳諾エ件用于進(jìn)一歩的加工。系統(tǒng)還包括加熱/熔融模塊180,其將能量施加于正處于定位模塊160處的鈦鎳諾エ件的合適區(qū)域。如本文所述，加熱/熔融模塊180可包括激光或其它設(shè)備/材料用于施加能量(通常是熱)。系統(tǒng)還包括保護(hù)氣體模塊190，其提供保護(hù)氣體來(lái)避免加熱/熔融處理過(guò)程中的不期望的反應(yīng)。在某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)還包括處理模塊200，其能夠用來(lái)基于輸入?yún)?shù)或輸入?yún)?shù)的自動(dòng)計(jì)算值來(lái)控制定位模塊160和加熱/熔融模塊180。輸入?yún)?shù)可與待進(jìn)行處理類型和/或期望的結(jié)果有夫。應(yīng)理解的是，可在加工臺(tái)進(jìn)行ー個(gè)或多個(gè)本文所述的方法和系統(tǒng)并且作為分離加エ臺(tái)的描述可合適地組合。相似地，當(dāng)描述第一元件被移去時(shí)，可移去替換的元件，并且所述第一元件可繼續(xù)保留在原來(lái)的位置，或者兩種元件均可除去。例如，可移去激光或鈦鎳諾エ件，或者兩者均移去從而提供局部區(qū)域處理。還應(yīng)注意的是，本文所述的系統(tǒng)和方法還預(yù)期對(duì)諸如NiMnGa等的磁性形狀記憶合金起作用。已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)通過(guò)激光處理成功改變了鈦鎳諾的局部轉(zhuǎn)變溫度。如上所述，相信效果主要基于由于每種元素的蒸氣壓カ不同所引起的選擇元素的汽化。而且，在隨后的熔融材料重固化的過(guò)程中發(fā)生的分離能夠進(jìn)ー步改變局部化學(xué)特性。相信這些效果導(dǎo)致改變重固化部分中的局部化學(xué)成分，并反過(guò)來(lái)改變局部轉(zhuǎn)變溫度和形狀記憶效果，使單個(gè)エ件或部分具有多個(gè)形狀記憶效果?；谒褂玫募庸?shù)，局部化學(xué)特性的改變能夠非常輕微。在ー實(shí)驗(yàn)中，使用摻釹釔鋁石榴石(Nd = YAG)激光。使用某些主要參數(shù)來(lái)控制脈沖Nd = YAG激光處理。這些參數(shù)包括但不限于脈沖寬度；峰值功率；頻率；激光運(yùn)動(dòng)速度(有時(shí)稱為焊接速度)和散焦距離。還使用脈沖能量和平均功率從而使傳輸至材料的能量的量概念化。操作者預(yù)先設(shè)置激光儀器上的峰值功率、脈沖寬度和頻率。峰值功率是激光脈沖的瞬時(shí)功率并且能夠影響材料的溫度升高。當(dāng)存在充足的熱來(lái)提高工件液相線溫度以上的峰值溫度時(shí)，將熔融初始化。該處理涉及克服由于傳導(dǎo)和傳送的熱損失。脈沖寬度是每個(gè)脈沖照射エ件的時(shí)間。脈沖寬度越大，施加峰值功率的時(shí)間越長(zhǎng)。最后，脈沖頻率是每秒激光脈沖的次數(shù)，其能夠用來(lái)控制脈沖重疊的量和對(duì)エ件的熱輸入。在該實(shí)驗(yàn)中，使用脈沖激光但這不是本文必需的。激光移動(dòng)速度和散焦距離是還能夠影響エ件的總體加工的參數(shù)。對(duì)于給定的脈沖頻率，激光移動(dòng)速度影響每個(gè)斑大小重疊的量。然而，脈沖頻率和激光移動(dòng)速度通常與實(shí)現(xiàn)期望的斑重疊相關(guān)。在焊接領(lǐng)域中，斑重疊通常是不同的，對(duì)于焊接應(yīng)用的強(qiáng)度，為約50 %，對(duì)于焊接_在形成密封的應(yīng)用，為80 %。圖3A顯示以稱為傳導(dǎo)焊接的方式進(jìn)行的材料加工及圖3B顯示小孔焊接方式，其發(fā)生在激光處理過(guò)程中。在傳導(dǎo)模式中，源自激光束210的激光強(qiáng)度可僅足以將エ件熔融。焊接池220開(kāi)始于表面并由于全方向傳導(dǎo)而擴(kuò)大，形成半橢圓形焊接和加熱作用區(qū)域230。由于材料的上表面僅吸收激光能量，因此材料反射率能夠基本上降 低熱轉(zhuǎn)移的量。當(dāng)表面處的峰值溫度足以使エ件材料汽化時(shí)，發(fā)生小孔模式?？捎善瘔亥a(chǎn)生熔融焊接池250中的小孔凹陷。如圖3B所示，這導(dǎo)致具有深侵入的窄焊接和熱影響區(qū)域260。與傳導(dǎo)焊接相比，小孔焊接更充分地將熱轉(zhuǎn)移至エ件。小孔限制激光能量并且小孔內(nèi)的內(nèi)部反射能夠充當(dāng)黑體。可在本實(shí)驗(yàn)中可使用可商購(gòu)獲得的O. 37mm厚的SE508鈦鎳諾條。該特別合金的化學(xué)組成為55. 8wt. % Ni和44. 2wt. % Ti，其具有的最大氧和碳含量分別為O. 05wt. %和O. 02wt. %。將所獲得的冷軋材料在800°C加熱處理I小時(shí)來(lái)獲得偽彈性。在激光處理以前，使用氫氟酸和硝酸來(lái)除去黑色表面氧化物。使用400 μ m斑直徑和3毫秒脈沖時(shí)間進(jìn)行激光處理。在該實(shí)驗(yàn)中，最小標(biāo)準(zhǔn)包括完全穿透和密封條件(80%重疊)。確定的是O. 6kff峰值脈沖功率足以用于產(chǎn)生完全穿透。慣例顯示熔融斑的80%重疊將產(chǎn)生密封條件。下表I顯示所選擇的參數(shù)、變化的處理參數(shù)，包括脈沖頻率和峰值功率。使用公式I選擇參數(shù)，其與包括頻率(f)、斑直徑(ds)、激光運(yùn)動(dòng)速度(V)和百分比重疊0L)在內(nèi)的各種參數(shù)有關(guān)f = IOOV/(ds) (100-% 0L) [I]從以上公式，可顯示出脈沖頻率和激光運(yùn)動(dòng)速度直接相關(guān)(即較高脈沖頻率導(dǎo)致較高的焊接速度)。因此，術(shù)語(yǔ)激光運(yùn)動(dòng)速度(V)有時(shí)也稱為脈沖頻率(f)。表I :所選擇的焊接參數(shù)
焊接條件焊接速率 (峰值功率、頻率)
0.6 kW, 10 pps48.0 mm/min
0.7 kW，10 pps48.0 mm/min0.8 kW, IOpps48.0 mm/min
0.9 kW，10 pps48.0 mm/min
0.6 kW, I pps4.80 mm/min
0.6 kW, 5 pps24.0 mm/min
0.6 kW，15 pps72.0 mm/min使用線電火花機(jī)(EDM)切割來(lái)制備拉伸樣品從而減小機(jī)械變形過(guò)程中的毛剌效果。選擇橫向焊接構(gòu)型來(lái)研究焊接點(diǎn)和基體材料的效果。圖4A顯示具有規(guī)格尺寸的拉伸樣品270 ;選擇小尺寸樣品以沿著標(biāo)距長(zhǎng)度具有充足的焊接區(qū)域。圖4B顯示焊接位置280的樣品。使用具有負(fù)載元分解±3N的Instron model 5548微拉伸儀進(jìn)行測(cè)試。所有測(cè)試在約室溫(25°C)下進(jìn)行。使用橫梁位移速度O. 04mm/min進(jìn)行周期負(fù)載以向第一負(fù)載周期施加最高達(dá)到O. 06mm/mm的應(yīng)變,隨后向卸載周期施加最低達(dá)到7MPa的應(yīng)力。對(duì)于母體焊接樣品和激光焊接樣品，相同的周期重復(fù)50次(50個(gè)周期)。完成50個(gè)周期后，將樣品在橫梁位移速度O. 4mm/min下拉伸直至斷裂。圖5中顯示展現(xiàn)出偽彈性行為的典型NiTi的負(fù)載-卸載循環(huán)的應(yīng)カ應(yīng)變曲線的示意圖。在該圖中限定了偽彈性參數(shù)E 1、E2和永久殘留應(yīng)變。El是在ー個(gè)完整周期中每單位體積分散的能量和E2是負(fù)載時(shí)每單位體積貯存并在卸載過(guò)程中釋放可獲得的能量?？捎晒?表示能量貯存(Ii)的效率。n = E2Z(EjE1) [2]使用金相學(xué)步驟測(cè)得焊接點(diǎn)的尺寸。使用具有連續(xù)降低磨料粒度的SiC紙打磨裝配的樣品。使用Iym金剛石將樣品拋光并用14mlHN03、3ml HF和82ml H2O進(jìn)行蝕刻。圖6A和6B顯示最小焊接寬度上的脈沖頻率和峰值功率的作用。在圖6A所示的示意圖中描述了最小焊接寬度。如圖6B所示，保持焊接功率的同吋，隨著脈沖頻率增加觀察到焊接寬度的很小改變。然而，隨著焊接功率増加，隨著功率從O. 6kW増加至O. 9kW，最小焊接寬度從260 μ m 增加至 460 μ m。脈沖頻率和功率輸入變化的未焊接和焊接樣品的工程應(yīng)カ應(yīng)變曲線的對(duì)比分別
顯示在圖7和圖8中。接近O. 03mm/mm應(yīng)變和290MPa應(yīng)カ的線性彈性應(yīng)變之后的平坦區(qū)域
(平臺(tái))所示，對(duì)于基體金屬樣品，觀察到形狀記憶合金的典型偽彈性行為。超過(guò)O. 12mm/
mm應(yīng)變，由于應(yīng)變硬化發(fā)生馬氏體的塑性變形并增加負(fù)載，隨后接近O. 90mm/mm應(yīng)變時(shí)斷m
ο圖7顯示對(duì)于具有較高脈沖頻率(5pps、10pps和15pps)的O. 6kW激光焊接樣品，延展性和強(qiáng)度明顯降低。這是由于在施加足夠的應(yīng)カ能夠?qū)⑧徑w金屬轉(zhuǎn)變成馬氏體之前的焊接區(qū)域的過(guò)早斷裂。然而，在O. 6kW激光焊接中，在最低脈沖頻率Ipps處觀察到延展性和強(qiáng)度的輕微增加(圖7)。Ipps焊接件能夠達(dá)到應(yīng)變，該應(yīng)變沿著標(biāo)距長(zhǎng)度能夠誘導(dǎo)馬氏體的塑性形變。對(duì)于變化的焊接條件-峰值功率(O. 6,0. 7,0. 8和O. 9kff)和恒定的脈沖頻率(IOpps)，工程應(yīng)カ應(yīng)變曲線顯示在圖8中。除O. 6kW焊接外，其它條件(O. 7、0. 8和O. 9kff)中的每個(gè)條件超過(guò)假塑性區(qū)域。然而，所有焊接樣品的斷裂強(qiáng)度和延展性分別小于基體金屬的70%和50%。焊接參數(shù)的作用顯示出隨著增加焊接功率，拉伸強(qiáng)度増加。激光焊接NiTi合金的斷裂應(yīng)變的降低歸功于某些因素，包括固化過(guò)程中的溶解物的偏析和焊接金屬中的粗晶粒和樹(shù)枝晶結(jié)構(gòu)。然而，現(xiàn)在的結(jié)果顯示焊接參數(shù)能夠影響機(jī)械性能；具體來(lái)說(shuō)，較高能量輸入和降低的脈沖頻率導(dǎo)致機(jī)械性能的改進(jìn)。圖9詳細(xì)描述了對(duì)于未焊接樣品和激光焊接樣品，不同焊接功率，從彈性至開(kāi)始偽彈性轉(zhuǎn)變的應(yīng)カ應(yīng)變圖。對(duì)于大多數(shù)拉伸樣品，在應(yīng)變(奧氏體-馬氏體)過(guò)程中觀察到由于應(yīng)カ誘導(dǎo)馬氏體(SM)轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的NiTi的通常的偽彈性行為。然而，結(jié)果顯示焊接樣品中的最初屈服的證據(jù)，隨著増加的峰值焊接功率其變得更顯著。這些結(jié)果表明在基體金屬的通常的偽彈性行為之前在應(yīng)變過(guò)程中焊接區(qū)域中發(fā)生非彈性變形。負(fù)載過(guò)程中，在基體金屬和焊接金屬兩者中，橫向焊接拉伸樣品誘導(dǎo)應(yīng)カ。因此，初始屈服可來(lái)自于焊接區(qū)域，同時(shí)隨后的偽彈性性質(zhì)出現(xiàn)自剰余的基體材料。初始屈服發(fā)生在焊接金屬中，在O. 015mm/mm至O. 022mm/mm應(yīng)變；然后另外的應(yīng)變誘導(dǎo)剩余標(biāo)距長(zhǎng)度中的轉(zhuǎn)變。SIM轉(zhuǎn)變解釋為反映了基體金屬(BM)應(yīng)カ應(yīng)變曲線。在圖9中，焊接樣品的屈服發(fā)生在較低應(yīng)力下，這表明焊接件中發(fā)生了轉(zhuǎn)變。如在圖6中觀察，隨著増加的峰值功率，屈服的擴(kuò)大定義歸因于增加的焊接寬度。増加的焊接功率導(dǎo)致較大的最小焊接寬度。因此，標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)的較大焊接區(qū)域經(jīng)歷了初始SIM轉(zhuǎn)變。已知當(dāng)在給定溫度施加充足的額外應(yīng)力吋，孿生馬氏體相的塑性變形的變形是不可逆的。為了進(jìn)一步詳細(xì)描述去孿生，室溫進(jìn)行2周期負(fù)載測(cè)試。圖10顯示O. 9kW和IOpps焊接條件的第一和第二負(fù)載曲線，其應(yīng)變最高達(dá)到O. 06mm/mm。在初始負(fù)載過(guò)程中，發(fā)生屈服所示的焊接金屬的去孿生，隨后發(fā)生基體金屬的SIM轉(zhuǎn)變。第二負(fù)載周期顯示不存在屈、月艮，表明焊接金屬內(nèi)的不可逆的去孿生的發(fā)生。鈦鎳諾轉(zhuǎn)變溫度與SIM轉(zhuǎn)變緊密聯(lián)系并且能夠受到處理路徑和技術(shù)的影響。激光處理所引起的再熔融改變了基體金屬微結(jié)構(gòu)，對(duì)于鈦鎳諾，其能夠?qū)е聵?shù)枝晶或粗晶粒的形成以及晶粒邊界的離析。此外，由于激光處理，還可發(fā)生鈦鎳諾中的非正常室溫相移動(dòng)。焊接金屬的這些改進(jìn)可歸因于其改變的轉(zhuǎn)變溫度。預(yù)期需要更詳細(xì)的焊接金屬微結(jié)構(gòu)分析來(lái)確定造成改變的轉(zhuǎn)變溫度的所有因素。在圖IlA和IlB中標(biāo)繪了隨著周期次數(shù)(N)，能量貯存(H)的效率和永久殘余應(yīng)變的變化。由于O. 06mm/mm應(yīng)變之前發(fā)生永久性斷裂，因此采用5pps、10pps和15pps,周期負(fù)載沒(méi)有在功率O. 6kW激光焊接樣品上進(jìn)行。圖IIA顯示對(duì)于基體金屬和焊接金屬，I個(gè)周期至5個(gè)周期之間永久殘余應(yīng)變迅速増加。超過(guò)5個(gè)周期，每個(gè)材料達(dá)到穩(wěn)態(tài)。通過(guò)永久殘余應(yīng)變能夠測(cè)定卸載后材料重回其原始形狀的能力。與BM相比，當(dāng)應(yīng)變最高達(dá)到O. 06mm/_時(shí)，所有焊接樣品顯示較高的永久殘余應(yīng)變。10個(gè)周期以后，基體金屬和焊接金屬的殘余應(yīng)變的量分別為O. 020%何O. 026%。圖IlB顯示作為周期(N)的函數(shù)的能量貯存(η)的效率?；w材料和焊接材料顯示最高達(dá)到5個(gè)周期的η的増加。在首先的5個(gè)周期過(guò)程中，焊接材料顯示略微提高的效率。超過(guò)20個(gè)周期，效率穩(wěn)定接近O. 9 %。因此，與基體金屬相比，在初始5個(gè)周期中，焊接樣品顯示出較高的整體永久殘余應(yīng)變并展現(xiàn)出略微較高的能量貯存效率。如之前的詳細(xì)說(shuō)明，發(fā)生在焊接金屬中的初始屈服導(dǎo)致冷加工焊接區(qū)域。因此，初始負(fù)載后，焊接樣品的永久殘余應(yīng)變的増加歸因于永久SIM轉(zhuǎn)變。此外，在較高功率輸入實(shí)現(xiàn)的樣品中永久殘余應(yīng)變的略微增加能夠歸因于增加的焊接寬度。已經(jīng)顯示通過(guò)冷加工TiNi SMA能夠獲得提高的η值。因此，誘導(dǎo)非彈性變形的初始周期后，初始周期過(guò)程中焊接樣品的效率提高可歸因于焊接金屬的塑性變形。對(duì)于每個(gè)焊接樣品，斷裂發(fā)生在拉伸樣品的焊接區(qū)域?；w金屬斷裂表面顯示出表明是韌性斷裂的微凹表面。O. 6kW和Ipps焊接條件的斷裂表面展現(xiàn)出最低拉伸強(qiáng)度。觀察到光滑的斷裂表面，其顯示出焊接件的定向樹(shù)枝晶固化結(jié)構(gòu)。這是其中在樹(shù)枝晶界面裂紋擴(kuò)展的穿晶斷裂的指示。相比之下，O. 9kW, IOpps焊接條件顯示相對(duì)較粗糙的表面。當(dāng)仔細(xì)觀察時(shí)，暴露出好的微凹結(jié)構(gòu)，表明是通過(guò)熔融區(qū)域樹(shù)枝晶的韌性穿晶斷裂。這些結(jié)果顯示出改變焊接參數(shù)能夠?qū)е虏煌臄嗔涯Ｊ剑蝗欢?，這表明需要詳細(xì)設(shè)計(jì)焊接微結(jié)構(gòu)的進(jìn)一歩研究來(lái)確定造成斷裂模式轉(zhuǎn)變的機(jī)理。
圖12顯示焊接橫截面的硬度曲線。沿著X軸，所有樣品展現(xiàn)出在熔融區(qū)域內(nèi)的硬度的降低。在最終下降至基體金屬的硬度值之前，離開(kāi)焊接中心線，硬度值逐漸提高?；w金屬硬度值接近370-400HV。在接近250Hv的O. 6kW，IOpps條件，觀察到最小焊接硬度。相比之下，O. 6kff, Ipps和O. 9k ff, IOpps焊接條件在接近280Hv展現(xiàn)出最小硬度值。事先淬火的材料的焊接中心中的較低硬度可歸因于焊接誘導(dǎo)的重固化，這能夠?qū)е螺^大的接近無(wú)應(yīng)變重結(jié)晶晶粒。然而，經(jīng)歷軟化的主要原因是由于室溫下局部相變成較軟馬氏體。沿著焊接中心線的y軸的硬度值顯示在圖12中，并且樣品中硬度值相似。與焊接表面相比，O. 6kff, IOpps焊接底部的硬度值略低。與縱向模式類似，O. 6kff, Ipps焊接的硬度相對(duì)分散跨越中心線。然而，O. 9kff, IOpps在橫向上顯示出較恒定的硬度值。圖13顯示基體材料和焊接材料的差示掃描量熱曲線。奧氏體結(jié)束溫度(Af)和馬氏體開(kāi)始溫度(Ms)低于室溫分別為-8. 61°C和-33. 27。。。這表明室溫相主要是奧氏體，因此在拉伸測(cè)試中存在偽彈性行為。焊接材料展現(xiàn)出與基體材料相似的熱現(xiàn)象，然而，還存在一對(duì)較高的溫度峰。在R相轉(zhuǎn)變過(guò)程中，在冷加工或老化鈦鎳諾中通常觀察到另外的峰。然而，例如R相轉(zhuǎn)變，中間馬氏體轉(zhuǎn)變，在冷卻過(guò)程中會(huì)在奧氏體和馬氏體之間產(chǎn)生ー個(gè)峰值并且這個(gè)范圍外該焊接材料顯示出兩個(gè)截然不同的轉(zhuǎn)變峰。此外，完全退火的基體材料沒(méi)有顯示任何R相轉(zhuǎn)變的出現(xiàn)，這是由于是通過(guò)淬冷至約室溫來(lái)保留固溶體。因此，這些其它的峰值表明多個(gè)相轉(zhuǎn)變的存在，包括低溫( <室溫)和高溫( >室溫)轉(zhuǎn)變。表2提供了量化的峰開(kāi)始值。表2 =DSC掃描的峰開(kāi)始值
權(quán)利要求
1.用于處理材料的方法，所述方法包括 以可控的方式將能量施加于材料的預(yù)定部分，從而改變預(yù)定部分的局部化學(xué)特性以提供預(yù)定結(jié)果。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述施加的能量包括用激光處理所述預(yù)定部分。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述用激光處理所述預(yù)定部分包括 選擇激光的功率、光束尺寸和運(yùn)動(dòng)速度以產(chǎn)生預(yù)定的結(jié)果； 將所述激光聚焦在所述預(yù)定部分的子部分上；以及 調(diào)節(jié)所述激光與所述材料的空間關(guān)系從而激光光束接觸到所有的預(yù)定部分。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中以脈沖方式運(yùn)行所述激光來(lái)提供能量的更短促進(jìn)發(fā)從而控制能量的施加。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中控制所施加的能量以降低所述能量對(duì)所述材料的預(yù)定部分外的傳導(dǎo)。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述材料為形狀記憶材料并且所述預(yù)定結(jié)果是對(duì)所述形狀記憶材料的預(yù)定部分提供附加記憶。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述預(yù)定部分為所述材料的表面并且所述預(yù)定結(jié)果是調(diào)節(jié)所述材料組分的濃度以在所述材料表面形成氧化物層從而提供抗腐蝕性。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述預(yù)定結(jié)果是從所述材料除去雜質(zhì)。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述材料為形狀記憶材料并且所述預(yù)定結(jié)果是改變所述形狀記憶材料的偽彈性。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述預(yù)定結(jié)果是在材料中生成至少一種附加相粒子從而為晶粒生長(zhǎng)提供成核位置。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，所述方法還包括以預(yù)定速率冷卻所述預(yù)定部分以改變所述預(yù)定部分的表面結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，所述方法還包括加入填充材料從而在施加能量的過(guò)程中可利用填充材料。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述材料包含兩片形狀記憶材料，以及所述預(yù)定部分包含兩片材料待結(jié)合的區(qū)域，并且所述預(yù)定結(jié)果包括向所述預(yù)定部分提供轉(zhuǎn)變溫度，所述轉(zhuǎn)變溫度不同于兩片中至少一片的轉(zhuǎn)變溫度。
14.包含至少兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶材料，其中在形成所述材料后施予至少一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度。
15.如權(quán)利要求14所述的形狀記憶材料，其中至少兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度中的至少一個(gè)是通過(guò)權(quán)利要求I所述的方法形成的。
16.用于處理材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含 能量模塊，用于對(duì)所述材料的預(yù)定部分施加能量； 定位模塊，用于所述材料和所述能量模塊彼此之間的定位； 處理模塊，用于控制所述定位模塊和所述能量模塊來(lái)處理所述材料從而改變所述材料的所述預(yù)定部分的局部化學(xué)特性以提供預(yù)定結(jié)果。
17.用于處理材料的方法，所述方法包括 以可控的方式將能量施加于所述材料的預(yù)定部分，從而改變預(yù)定部分的局部化學(xué)特性以提供選自以下的至少一種結(jié)果 當(dāng)所述材料是形狀記憶材料時(shí)，對(duì)所述形狀記憶材料的所述預(yù)定部分提供附加記憶或改變所述形狀記憶材料的偽彈性； 當(dāng)所述預(yù)定部分為所述材料的表面時(shí)，調(diào)節(jié)所述材料組分的濃度以在所述材料表面上形成氧化物層從而提供抗腐蝕性； 從所述材料除去雜質(zhì)；以及 在所述材料中生成至少一種附加相粒子從而為晶粒生長(zhǎng)提供成核位置。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，所述方法還包括以預(yù)定速率冷卻所述預(yù)定部分來(lái)改變所述預(yù)定部分的表面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于處理材料的方法，所述方法包括以可控的方式將能量施加于材料的預(yù)定部分，從而改變預(yù)定部分的局部化學(xué)特性以提供預(yù)定結(jié)果。當(dāng)材料是形狀記憶材料時(shí)，預(yù)定結(jié)果可以是對(duì)預(yù)定部分提供附加記憶或者改變形狀記憶材料的偽彈性。在對(duì)形狀記憶材料沒(méi)有必要限制的其它實(shí)例中，該方法用來(lái)調(diào)節(jié)表面組分的濃度以在材料表面形成氧化物層從而提供抗腐蝕性；從材料中除去雜質(zhì)；調(diào)節(jié)表面結(jié)構(gòu)；或者在材料中生成至少一種附加相粒子從而為晶粒生長(zhǎng)提供成核位置，所述晶粒生長(zhǎng)反過(guò)來(lái)能夠增強(qiáng)材料。
文檔編號(hào)C21D9/00GK102665891SQ201080039151
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者穆罕默德·依伯漢姆·漢, 運(yùn)宏·諾曼·周 申請(qǐng)人:創(chuàng)新加工技術(shù)有限公司