專利名稱：對形狀記憶材料中的相變進(jìn)行表征的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及對材料進(jìn)行表征的方法，更具體的涉及對形狀記憶材料中的相變 進(jìn)行表征的方法。
背景技術(shù)：
許多醫(yī)療器械依賴于工程化的材料比如聚合物和金屬合金來在人體內(nèi)執(zhí)行各種 功能。在設(shè)計(jì)和研制醫(yī)療器械時(shí)，重要的是理解組成材料的特征和性質(zhì)，從而精確地預(yù)測在 制備過程中的材料響應(yīng)并可以確定用途。對材料行為的理解對于確定特定的過程控制比如 溫度控制很重要，所述特定的過程控制是保證能夠高確信度水平地預(yù)測和再現(xiàn)所述材料響 應(yīng)所必需的。典型地，采用各種測試技術(shù)來輔助表征工程化材料。例如，差示掃描量熱法(DSC)、 動態(tài)機(jī)械分析(DMA)、拉伸測試和其他方法可以用來確定各種材料特征，包括相變溫度和機(jī) 械性質(zhì)。相變溫度確定是聚合物和金屬的材料表征的重要方面。DSC是用于確定聚合物的 熔融/玻璃轉(zhuǎn)變溫度和金屬的相變溫度的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試方法。尤其地，該技術(shù)廣泛用于鑒 定鎳鈦形狀記憶合金的相變，典型地根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F2004-05，“Standard Test Method for TransformationTemperature of Nickel-Titanium Alloys by Thermal Analysis，，,其全 文通過引用結(jié)合進(jìn)來。鎳鈦形狀記憶材料在低溫相(馬氏體)和高溫相(奧氏體)之間可逆變化。前向 和反向的相變可以通過施加和去除應(yīng)力(超彈性效果)和/通過溫度變化(形狀記憶效 應(yīng))來驅(qū)動。奧氏體是特征性的強(qiáng)相，馬氏體可以變形直至可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)榇蠹s8%。一旦 完成至奧氏體的可逆相變，那么在馬氏體相中在合金中引入以實(shí)現(xiàn)形狀變化的應(yīng)變可以恢 復(fù)，從而允許該材料返回以前的形狀。一些鎳鈦形狀記憶合金可以呈現(xiàn)出兩階段相變，包括除了所述單斜(B12)馬氏體 相和立方(B2)奧氏體相之外轉(zhuǎn)變成斜方相(R相)。在兩階段形狀記憶材料中相變成R相 是在冷卻時(shí)發(fā)生的馬氏體相變之前進(jìn)行，也是在加熱時(shí)的奧氏體相變之前發(fā)生。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員一般了解的，馬氏體起始溫度(Ms)是指在冷卻時(shí)開始向馬氏 體相變的溫度，馬氏體結(jié)束溫度(Mf)是指至馬氏體的相變結(jié)束的溫度。奧氏體起始溫度 (As)是指在加熱時(shí)開始至奧氏體的相變的溫度，奧氏體結(jié)束溫度(Af)是指至奧氏體的相變 結(jié)束的溫度。R相起始溫度(Rs)是指對于兩階段形狀記憶材料而言在冷卻時(shí)至R相的相變 開始的溫度，R相結(jié)束溫度(Rf)是指在冷卻時(shí)至R相的相變結(jié)束的溫度。最后，R’相起始 溫度(R’ s)是指對于兩階段形狀記憶材料而言在加熱時(shí)至R相的相變開始的溫度，R’相結(jié) 束溫度(R’ f)是指在加熱時(shí)至R相的相變結(jié)束的溫度。DSC測試方法包括在受控環(huán)境中以受控速率加熱和冷卻測試樣品通過相變溫度區(qū) 間。在測試材料和參比樣之間由于能量變化而在熱流量方面的差值被連續(xù)監(jiān)測和記錄。在 試樣中由于相變而發(fā)生的能量吸收導(dǎo)致在加熱時(shí)出現(xiàn)吸熱谷。在試樣中由于相變而發(fā)生的能量釋放導(dǎo)致在冷卻時(shí)出現(xiàn)放熱峰。通過確定每個(gè)相變的起始和結(jié)束，能夠從DSC數(shù)據(jù)中 獲得相變溫度(例如，Ms, Mf, Rs, Rf等)。ASTMtg}fF2005-05"Standard Terminology for Nickel-TitaniumShape Memory Alloys”給出了顯示出單階段相變或兩階段相變的形狀記憶合金的示例性DSC圖。這些DSC 圖在本專利文獻(xiàn)中以圖1和2再現(xiàn)。顯示出單階段相變的形狀記憶合金響應(yīng)于溫度變化而 在奧氏體和馬氏體之間發(fā)生一步變化。在冷卻過程中，合金從奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，在加熱 過程中，合金從馬氏體轉(zhuǎn)變成奧氏體。相應(yīng)地，圖1的DSC圖顯示出在冷卻過程具有單一峰， 在加熱過程中具有單一谷，對應(yīng)于各自的相變。顯示出兩階段相變的形狀記憶合金響應(yīng)于溫度變化在晶體學(xué)結(jié)構(gòu)上發(fā)生兩步驟 變化，包括奧氏體、馬氏體和R相。在冷卻過程中，合金從奧氏體轉(zhuǎn)變成R相(第一峰)，然 后從R相轉(zhuǎn)變成馬氏體(第二峰)，如圖2所示。在加熱過程中，合金從馬氏體轉(zhuǎn)變成R相 (第一谷)，然后在加熱過程中從R相轉(zhuǎn)變成奧氏體(第二谷)。在實(shí)踐和一些科技文獻(xiàn)中，對一些鎳鈦形狀記憶合金的DSC測試都顯示出在冷卻 過程中具有兩個(gè)峰310、320，在加熱過程中僅僅只有一個(gè)谷330，如圖3所示。一些人認(rèn)為在 冷卻過程中觀察到的兩個(gè)峰對應(yīng)于從奧氏體到R相和從R相到馬氏體的兩階段相變，而在 加熱過程中觀察到的單一谷對應(yīng)于從馬氏體到奧氏體的一步驟相變。也就是說，一些人相 信鎳鈦形狀記憶合金可以在冷卻過程中顯示出至R相的前向相變，而在加熱過程中不會出 現(xiàn)至R相的反向相變。其他人相信盡管在DSC數(shù)據(jù)中僅僅出現(xiàn)一個(gè)谷，但是在加熱過程中 實(shí)際可以發(fā)生兩階段反向相變。但是，由于谷的重疊本性和在ASTM標(biāo)準(zhǔn)F2004-05中指定 的測試方案的缺點(diǎn)，所以采用DSC測試的現(xiàn)有方法不能充分限定所述兩階段反向相變。相 應(yīng)地，相變溫度，尤其是R’ f和K,僅僅能估計(jì)。由于對形狀記憶合金中發(fā)生的相變的理解對于這些合金的醫(yī)療以及其他應(yīng)用而 言可能非常重要，所以需要用于表征這些材料的相變和確定相變溫度的更好方法。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述了表征形狀記憶材料的相變的改進(jìn)方法。該方法對于包含R相相變的 形狀記憶合金尤其有利。該方法允許差示掃描量熱學(xué)(DSC)或其他數(shù)據(jù)中的重疊拐折 (overlapping inflection)去卷積成為代表不同相變的亞拐折(sub-inflection)。相應(yīng) 地，本文所述的方法可以允許為具有R相相變的形狀記憶合金毫無疑義地確定相變溫度比 如As和R’ f。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本方法必需記錄包括形狀記憶材料的試樣在加熱和冷卻過程 中的數(shù)據(jù)。試樣的溫度沿著第一方向變到第一溫度，所述第一溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限 定第一拐折(the first inflection)和第二拐折(the second inflection)。第一拐折出 現(xiàn)在第一溫度區(qū)間內(nèi)，第二拐折出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi)。試樣的溫度沿著第二方向變到第 二溫度，所述第二溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第三拐折。第三拐折出現(xiàn)在第三溫度區(qū)間 內(nèi)，是通過重疊Il一亞拐折(primary inflection)禾口第二亞拐折(secondary inflection) 而形成。試樣的溫度沿著第三方向變到第三溫度，所述第三溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中限 定第一拐折，但不足以限定第二拐折。試樣的溫度隨后沿著第二方向變到第四溫度，所述第 四溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中限定第二亞拐折。
根據(jù)另一實(shí)施方案，本方法包括記錄包括形狀記憶合金的試樣在加熱和冷卻過程 中的數(shù)據(jù)，其中所述試樣具有R相相變。試樣冷卻到第一溫度，所述第一溫度足以在記錄的 數(shù)據(jù)中限定第一拐折和第二拐折。第一拐折出現(xiàn)在第一溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從奧氏體到R 相的相變，第二拐折出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從R相到馬氏體的相變。試樣加熱到 第二溫度，所述第二溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第三拐折，其中第三拐折出現(xiàn)在第三溫 度區(qū)間內(nèi)，是通過重疊第一和第二亞拐折而形成，所述第一亞拐折和第二亞拐折分別對應(yīng) 于從馬氏體到R相的相變和從R相到奧氏體的相變。試樣冷卻到第三溫度，所述第三溫度 足以限定第一拐折但不足以限定第二拐折，由此所述形狀記憶合金具有基本完全的R相結(jié) 構(gòu)。試樣隨后加熱到第四溫度，所述第四溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中限定第二亞拐折，其中 所述第二亞拐折對應(yīng)于從R相到奧氏體的相變。根據(jù)另一實(shí)施方案，本方法包括記錄包括形狀記憶合金的試樣在加熱和冷卻過程 中的數(shù)據(jù)，其中所述試樣具有R相相變，和冷卻試樣到第一溫度，所述第一溫度足以在記錄 的數(shù)據(jù)中僅僅限定第一拐折。第一拐折出現(xiàn)在第一溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從奧氏體到R相的 相變。試樣加熱到第二溫度，所述第二溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第二拐折，其中第二拐 折出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從R相到奧氏體的相變。由第二拐折確定形狀記憶合金 的奧氏體起始溫度和奧氏體結(jié)束溫度的至少之一。


圖1是顯示出單一階段相變的第一示例性形狀記憶合金的DSC圖；圖2是顯示出兩階段相變的第二示例性形狀記憶合金的DSC圖；圖3是顯示出兩階段相變的第三示例性形狀記憶合金的DSC圖；圖4是對于第三示例性形狀記憶合金根據(jù)第一實(shí)施方案通過雙循環(huán)試驗(yàn)產(chǎn)生的 DSC 圖；圖5是對于第三示例性形狀記憶合金根據(jù)第二實(shí)施方案通過雙循環(huán)試驗(yàn)產(chǎn)生的 DSC 圖；圖6是雙循環(huán)試驗(yàn)的第一實(shí)施方案的步驟的流程圖；圖7是雙循環(huán)試驗(yàn)的第二實(shí)施方案的步驟的流程圖；圖8是根據(jù)本文給出的試驗(yàn)和計(jì)算方案去卷積成第一亞谷和第二亞谷的重疊谷 的圖。
具體實(shí)施例方式圖3示出了在包括R相相變的鎳鈦合金試樣上進(jìn)行的常規(guī)試驗(yàn)(單循環(huán))獲得的 DSC數(shù)據(jù)。如前所述，在該數(shù)據(jù)中兩個(gè)峰310和320是在冷卻過程中獲得的，而在加熱過程 中僅僅獲得單一谷330。如前所述，在DSC數(shù)據(jù)中在冷卻過程中形成的峰是由于發(fā)生的相變 是放熱性的。換而言之，當(dāng)形狀記憶合金從一個(gè)相變到另一相時(shí)放熱。相反，在加熱過程中 在DSC數(shù)據(jù)中形成吸熱谷或亞谷，這是因?yàn)殡S著形狀記憶合金變相試樣吸熱。圖4和5示出了對于形成圖3數(shù)據(jù)的相同試樣通過雙循環(huán)試驗(yàn)產(chǎn)生的DSC數(shù)據(jù)。 在圖4的DSC數(shù)據(jù)中，例如，兩個(gè)峰420和430在冷卻過程中獲得，谷450和亞谷480在加 熱過程中獲得。亞谷480和可以使用來自雙循環(huán)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)以計(jì)算方式限定的另外的亞谷重疊。谷450通過圖8所示的亞谷475和480的重疊而形成，因此可以稱作重疊谷450。另 外，所述以計(jì)算方式限定的亞谷475可以稱作第一亞谷475，試驗(yàn)確定的亞谷480可以稱作 第二亞谷480。(這種命名方式的選擇是由于在加熱過程中對應(yīng)于各個(gè)亞谷475和480的 相變出現(xiàn)的順序。)通過采用根據(jù)兩個(gè)實(shí)施方案本文所述的雙循環(huán)DSC試驗(yàn)，能夠從在單一 DSC循環(huán) 中獲得的重疊谷450中分離出對應(yīng)于R相到奧氏體相變的第二亞谷480。使用這些DSC數(shù) 據(jù)，進(jìn)一步能夠以計(jì)算方式限定重疊谷450的對應(yīng)于馬氏體至R相相變的第一亞谷475。因 此，通過結(jié)合試樣雙循環(huán)方法和計(jì)算分析，可以將重疊谷450毫無疑義地分成其分量第一 和第二亞谷475和480。相應(yīng)地，顯示出R相相變的形狀記憶合金的相變可以正確地表征， 可以精確地確定相變溫度(例如，R’ s、R’ f、As和Af)。雙循環(huán)試驗(yàn)第一示例件實(shí)施方案圖6是顯示雙循環(huán)方法的第一實(shí)施方案的步驟的流程圖。參見該流程圖，將包含 具有R相變的形狀記憶合金的試樣放置于610經(jīng)構(gòu)造以在加熱和冷卻過程中記錄數(shù)據(jù)的裝 置中。優(yōu)選的，所述裝置是差示掃描量熱計(jì)，記錄的數(shù)據(jù)是作為溫度函數(shù)的熱流量。試樣冷 卻620到第一溫度，所述第一溫度足以在所述數(shù)據(jù)中限定第一拐折和第二拐折。第一拐折 出現(xiàn)在第一溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從奧氏體到R相的相變，第二拐折出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi) 并對應(yīng)于從R相到馬氏體的相變。試樣隨后加熱630到第二溫度，所述第二溫度足以在數(shù)據(jù) 中限定第三拐折。優(yōu)選，所述試樣在第二溫度基本上全部是奧氏體。第三拐折出現(xiàn)在第三 溫度區(qū)間內(nèi)，是通過重疊第一和第二亞拐折而形成，所述第一亞拐折和第二亞拐折分別對 應(yīng)于從馬氏體到R相的相變和從R相到奧氏體的相變。冷卻到第一溫度和加熱到第二溫度 構(gòu)成了 DSC試驗(yàn)的第一循環(huán)。隨后試樣冷卻640到位于第一拐折和第二拐折之間的第三溫 度，由此所述形狀記憶合金具有基本完全的R相結(jié)構(gòu)，試樣加熱650到第四溫度，所述第四 溫度足以在數(shù)據(jù)中限定第二亞拐折，所述第二亞拐折對應(yīng)于從R相到奧氏體的相變。冷卻 到第三溫度和加熱到第四溫度構(gòu)成了 DSC試驗(yàn)的第二循環(huán)。在整個(gè)所述測試中記錄數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)中的拐折和亞拐折能夠通常定義為和數(shù)據(jù)基線的明顯偏離。例如，拐折 和亞拐折足夠明顯以和數(shù)據(jù)中的噪聲相區(qū)別。在本文所討論的示例性DSC數(shù)據(jù)的情況下， 比如圖1-5中所示，數(shù)據(jù)中的拐折是在各個(gè)溫度期間內(nèi)出現(xiàn)的峰和谷(或亞谷)。在可以從 形狀記憶合金中獲得的作為溫度函數(shù)的其他類型數(shù)據(jù)中，比如例如電阻率數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中的 拐折可以采取相對于基線成彎曲或者斜率變化的形式。參照圖4和6詳細(xì)描述雙循環(huán)試驗(yàn)的第一實(shí)施方案。將具有R相相變的鎳鈦形狀 記憶合金試樣放置于610差示掃描量熱計(jì)中，比如例如來自TA Instruments的DSC Model QlO0 一般根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05進(jìn)行試樣和裝置的準(zhǔn)備，除了在測試前試樣優(yōu)選不在 800-850°C退火。通常不進(jìn)行退火以避免改變或破壞在前期熱機(jī)械加工過程中賦予所述試 樣的微觀結(jié)構(gòu)特征。在開始雙循環(huán)試驗(yàn)的第一個(gè)循環(huán)之前，可以進(jìn)行預(yù)熱步驟615以確保試樣至少部 分是奧氏體的。優(yōu)選地，形狀記憶合金試樣在冷卻620之前是完全奧氏體的，以確?？梢酝?全限定從奧氏體的相變。如果試樣具有低于室溫的Af值，那么該試樣在室溫可以完全是奧 氏體的。否則，可能合意地是加熱試樣到預(yù)熱溫度，在所述預(yù)熱溫度所述形狀記憶合金具
8有奧氏體結(jié)構(gòu)。通過記錄顯示所述預(yù)熱步驟中熱流量和溫度之間函數(shù)關(guān)系的數(shù)據(jù)，可以原 位確定合適的預(yù)熱溫度。如果試樣在加熱之前不是完全奧氏體的，那么可能在數(shù)據(jù)中形成 吸熱谷，表明所述試樣的至少部分轉(zhuǎn)變成奧氏體。對于一些試樣，可以在試驗(yàn)之前知道，至 少大約知道，試樣的Af值。因此，預(yù)熱溫度可以經(jīng)選擇以高于在加熱過程中谷完全形成的 溫度或者高于已知的Af值。例如，預(yù)熱溫度可以經(jīng)選擇以高于Af至少30°C，和ASTM標(biāo)準(zhǔn) 2004-05相一致。在另一實(shí)施例中，預(yù)熱溫度可以高于在加熱過程完全形成所述谷的溫度至 少大約30°C，或者高于此溫度10°C。根據(jù)其他實(shí)施方案，預(yù)熱溫度可以是至少大約40°C，或 者至少大約50°C，或者至少大約60°C。其他預(yù)熱溫度也是可能的。還優(yōu)選預(yù)熱溫度保持足以使得所述試樣在該溫度平衡的時(shí)間。例如，試樣可以加 熱到預(yù)熱溫度并在該溫度保持大約30秒-大約90秒。優(yōu)選，試樣保持在預(yù)熱溫度大約60 秒。也可以采用其他保持時(shí)間。在如上所述任選預(yù)熱615所述試樣之后，將試樣冷卻620到第一溫度410，所述第 一溫度足以在所述數(shù)據(jù)中限定第一峰420和第二峰430。如上所述，第一峰420對應(yīng)于形狀 記憶合金從奧氏體到R相的相變，它發(fā)生在第一溫度區(qū)間內(nèi)。第二峰430對應(yīng)于從R相到馬 氏體的相變，發(fā)生在第二較低的溫度區(qū)間內(nèi)。參見圖4，第一溫度區(qū)間的下界和上界420a和 420b可以分別取作相變溫度Rf和Rs，第二溫度區(qū)間的下界和上界430a和430b可以分別取 作大約吣和軋。(下面討論采用切線法來正式確定這些相變溫度。)優(yōu)選地，以和ASTM標(biāo) 準(zhǔn)2004-05中規(guī)定相一致的速率來進(jìn)行冷卻到第一溫度410。例如，試樣可以以大約10°C 每分鐘的速率冷卻到第一溫度410。第一溫度410可以是大約Mf_30°C，和ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05相一致。根據(jù)另一實(shí)施 方案，第一溫度410可以是低于第二峰430的第二溫度區(qū)間的下界430a的任何溫度，比如 低于下界430a至少大約10°C，或者低于下界430a至少大約30°C。以絕對數(shù)值表示，第一 溫度410可以是至多大約180°C，至多大約150°C，至多大約130°C，或者至多大約落在第二 溫度區(qū)間的下界430a下面的另一溫度。優(yōu)選所述試樣在第一溫度410保持足以在該溫度平衡的時(shí)間。例如，試樣可以在 第一溫度410保持大約30秒到大約90秒的時(shí)間。優(yōu)選，所述試樣保持在第一溫度410大 約60秒。也可以采用其它保持時(shí)間。在如上所述試樣在第一溫度410保持之后，試樣隨后可以加熱到第二溫度440，所 述第二溫度足以在該數(shù)據(jù)中限定至少一個(gè)谷450。谷450出現(xiàn)在具有下界450a和上界450b 的第三溫度區(qū)間內(nèi)。優(yōu)選，所述試樣在第二溫度440是完全奧氏體的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第二溫度440可以是大約Af+30°C。根據(jù)另一實(shí)施方案，第二 溫度440可以是高于對應(yīng)于谷450的第三溫度區(qū)間的上界450b的任何溫度，比如高于上界 450b至少大約10°C，或者高于上界450b至少大約30°C。以絕對數(shù)值表示，第二溫度440可 以是至少大約30°C，至少大約40°C，至少大約60°C，或者至少大約高于第三溫度區(qū)間的上 界450b的另一溫度。如前所述并如圖3所示，雖然試樣已經(jīng)經(jīng)歷了從馬氏體到R相和從R相到奧氏體 的相變，但是在加熱到第二溫度440時(shí)從DSC數(shù)據(jù)中可能只有單一谷450是明顯的。單一 谷450因此可以稱作重疊谷450，這是因?yàn)樗峭ㄟ^分別對應(yīng)于從馬氏體到R相的相變和從 R相到奧氏體的相變的第一和第二亞谷重疊而形成的。這些重疊的第一和第二亞谷在因此從DSC實(shí)驗(yàn)的第一冷卻加熱循環(huán)所得到的數(shù)據(jù)中不是明顯的(These overlapping first and second sub-valleys are not apparent in thedata obtained thus far from the first cooling-heating loop of the DSCexperiment)。本試驗(yàn)的第二冷卻力口熱循環(huán)經(jīng)設(shè) 計(jì)以分離和限定在前一加熱步驟中獲得的重疊的谷450的第二亞谷。換而言之，通過進(jìn)行 雙循環(huán)試驗(yàn)的第二冷卻加熱循環(huán)，可以分離DSC數(shù)據(jù)中的R相到奧氏體相變。試樣冷卻640到位于第一峰420和第二峰430之間的第三溫度460，在該處所述形 狀記憶合金基本完全是R相結(jié)構(gòu)。更具體地，第三溫度460優(yōu)選經(jīng)選擇以位于對應(yīng)于第一 峰420的第一溫度區(qū)間的下界420a和對應(yīng)于第二峰430的第二溫度區(qū)間的上界430b之間 (換而言之，低于大約Rf且高于大約Ms)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第三溫度460位于大約-50°C 到大約-20°C。優(yōu)選地，冷卻到第三溫度460以和ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05中規(guī)定相一致的速率進(jìn)行。 例如，試樣可以以大約10°c /min的速率冷卻到第三溫度460。還優(yōu)選試樣保持在第三溫度 460足以在該溫度平衡的時(shí)間。例如，試樣可以在第三溫度460保持大約30秒到大約90 秒。優(yōu)選，試樣在第三溫度460保持大約60秒。也可以采用其它保持時(shí)間。接下來，試樣加熱650到第四溫度470，所述第四溫度足以限定所述數(shù)據(jù)中的第二 亞谷480。優(yōu)選地，試樣在第四溫度470是奧氏體的。第二亞谷480是通過在加熱過程中形 狀記憶合金從R相到奧氏體的相變而形成的，它出現(xiàn)在第四溫度區(qū)間內(nèi)。參見圖4，第四溫 度區(qū)間的下界和上界480a、480b可以作為相變溫度As和Af。由于試樣在前一冷卻步驟中 不會進(jìn)入馬氏體相，所以在這點(diǎn)處試樣中沒有馬氏體，在加熱時(shí)不出現(xiàn)從馬氏體到R相的 轉(zhuǎn)變。因此，該雙循環(huán)試驗(yàn)的這一部分允許分離對應(yīng)于R相到奧氏體轉(zhuǎn)變的第二亞谷480。 相應(yīng)地，可以確定相變溫度K,而該溫度不能從傳統(tǒng)單一循環(huán)DSC試驗(yàn)中確定。根據(jù)一種實(shí)施方案，第四溫度470可以是大約Af+30°C。根據(jù)另一實(shí)施方案并和 對于第二溫度440的描述相一致，第四溫度470可以是高于谷450的第四溫度區(qū)間的上界 450b的任何溫度，比如高于上界450b至少大約10°C，或者高于上界450b至少大約30°C。 用絕對數(shù)值表示時(shí)，第二溫度470可以是至少大約30°C，至少大約40°C，至少大約60°C，或 者是至少大約高于谷450的上界450b的另一溫度。優(yōu)選地，加熱650到第四溫度470以和ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05中規(guī)定相一致的速率進(jìn) 行。例如，試樣可以以大約10°c/min的速率加熱到第四溫度470。還優(yōu)選試樣保持在第四 溫度470足以在該溫度平衡的時(shí)間。例如，試樣可以在第四溫度470保持大約30秒到大約 90秒。優(yōu)選，試樣在第四溫度470保持大約60秒。也可以采用其它保持時(shí)間。第二示例性實(shí)施方案圖7是顯示雙循環(huán)方法的第二實(shí)施方案的步驟的流程圖。參見該流程圖，將包含 具有R相變的形狀記憶合金的試樣放置于710經(jīng)構(gòu)造以在加熱和冷卻過程中記錄數(shù)據(jù)的裝 置中。優(yōu)選的，所述裝置是差示掃描量熱計(jì)，記錄的數(shù)據(jù)是作為溫度函數(shù)的熱流量。試樣冷 卻720到第一溫度，所述第一溫度足以在所述數(shù)據(jù)中限定僅僅第一拐折。第一拐折出現(xiàn)在 第一溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從奧氏體到R相的相變。試樣隨后加熱730到第二溫度，所述第 二溫度足以在數(shù)據(jù)中限定亞拐折。亞拐折出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi)，并對應(yīng)于從R相到奧氏 體的相變。冷卻到第一溫度和加熱到第二溫度構(gòu)成了 DSC試驗(yàn)的第一循環(huán)。隨后試樣冷卻 740到第三溫度，所述第三溫度足以限定(重限定)數(shù)據(jù)中的第一拐折和限定第二拐折，其中第二拐折出現(xiàn)在第三溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從R相到馬氏體的相變。最后，試樣加熱750 到第四溫度，所述第四溫度足以在數(shù)據(jù)中限定第三拐折。第三拐折出現(xiàn)在第四溫度區(qū)間內(nèi)， 是通過重疊分別對應(yīng)于從馬氏體到R相的相變和從R相到奧氏體的相變的第一亞拐折和第 二亞拐折而形成的。通過加熱到第二溫度限定的亞拐折是第二亞拐折。冷卻到第三溫度和 加熱到第四溫度構(gòu)成了 DSC試驗(yàn)的第二循環(huán)。在整個(gè)所述測試中記錄數(shù)據(jù)。如上所述，所述數(shù)據(jù)中的拐折和亞拐折能夠通常定義為和數(shù)據(jù)基線的明顯偏離。 例如，拐折和亞拐折足夠明顯以和數(shù)據(jù)中的噪聲相區(qū)別。在本文所討論的示例性DSC數(shù)據(jù) 的情況下，比如圖1-5中所示，數(shù)據(jù)中的拐折是在各個(gè)溫度期間內(nèi)出現(xiàn)的峰和谷(或亞谷)。 在可以從形狀記憶合金中獲得的作為溫度函數(shù)的其他類型數(shù)據(jù)中，比如例如電阻率數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)中的拐折可以采取相對于基線成彎曲或者斜率變化的形式。根據(jù)第二實(shí)施方案的DSC試驗(yàn)的第一冷卻加熱循環(huán)經(jīng)設(shè)計(jì)以限定和分離數(shù)據(jù)中 對應(yīng)于加熱時(shí)從R相到奧氏體的相變的第二亞谷。相反，在雙循環(huán)試驗(yàn)的第一實(shí)施方案中， 第二亞谷是在DSC試驗(yàn)的第二冷卻加熱循環(huán)中限定的。參照圖5和7詳細(xì)描述雙循環(huán)試驗(yàn)的第二實(shí)施方案。將具有R相相變的鎳鈦形狀 記憶合金試樣放置710于差示掃描量熱計(jì)中，比如例如來自TA Instruments的DSC Model QlO0 一般根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05進(jìn)行試樣和裝置的準(zhǔn)備，除了在測試前試樣優(yōu)選不在 800-850°C退火。通常不進(jìn)行退火以避免改變或破壞在前期熱機(jī)械加工過程中賦予所述試 樣的微觀結(jié)構(gòu)特征。在開始雙循環(huán)試驗(yàn)的第一個(gè)循環(huán)之前，可以進(jìn)行預(yù)熱步驟715，如前一實(shí)施方案中 所述。因此，在此處不再重復(fù)對經(jīng)設(shè)計(jì)以確保試樣在冷卻之前為奧氏體的任選預(yù)熱步驟715 的描述。參見圖5，將試樣冷卻720到第一溫度510，所述第一溫度足以在所述數(shù)據(jù)中僅僅 限定第一峰520。換而言之，試樣冷卻到低于第一峰520但是高于第二峰(例如560，其可 以在進(jìn)一步冷卻時(shí)限定)的第一溫度。第一峰520對應(yīng)于從奧氏體到R相的相變，它發(fā)生 在第一溫度區(qū)間內(nèi)。第一溫度區(qū)間的上界和下界520a和520b可以分別取作相變溫度Rf和 Rs。在第一溫度510，試樣優(yōu)選是完全R相。第一溫度510優(yōu)選經(jīng)選擇低于第一峰520的下界520a但是高于在冷卻時(shí)形成的 任何另外峰(例如，R相到馬氏體的相變)的上界。也就是說，第一溫度優(yōu)選低于大約Rf但 是高于馬氏體起始溫度Ms。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第一溫度510位于大約-50°C到大約-20°C。冷卻720到第一溫度可以以和ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05中規(guī)定相一致的速率進(jìn)行。例 如，試樣可以以大約10°C /min的速率冷卻到第一溫度510。還優(yōu)選試樣保持在第一溫度 510足以在該溫度平衡的時(shí)間。例如，試樣可以在第一溫度510保持大約30秒到大約90 秒。優(yōu)選，試樣在第一溫度510保持大約60秒。也可以采用其它保持時(shí)間。接下來，試樣加熱730到第二溫度530，所述第二溫度足以限定所述數(shù)據(jù)中的亞谷 (第二亞谷)540。第二亞谷540是通過在加熱過程中形狀記憶合金從R相到奧氏體的相變 而形成的，它出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi)。參見圖5，第二溫度區(qū)間的下界和上界540a、540b可 以作為相變溫度As和~。由于試樣在前一冷卻步驟中不會進(jìn)入馬氏體相，所以在這點(diǎn)處試 樣中沒有馬氏體，在加熱時(shí)不出現(xiàn)從馬氏體到R相的轉(zhuǎn)變。因此，該雙循環(huán)試驗(yàn)的這一部分 允許分離對應(yīng)于R相到奧氏體轉(zhuǎn)變的第二亞谷540。相應(yīng)地，可以從這些數(shù)據(jù)中確定相變溫
11度As，而該溫度不能從傳統(tǒng)單一循環(huán)DSC試驗(yàn)中確定。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案第二溫度530可以是大約Af+30°C。根據(jù)另一實(shí)施方案，第二 溫度530可以是高于第二亞谷540的上界540b的任何溫度，比如高于上界540b至少大約 10°C，或者高于上界540b至少大約30°C。用絕對數(shù)值表示時(shí)，第二溫度530可以是至少大 約30°C，至少大約40°C，至少大約60°C，或者是至少大約高于第二亞谷540的上界540b的
另一溫度。優(yōu)選地，加熱730到第二溫度530以和ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05中規(guī)定相一致的速率進(jìn) 行。例如，試樣可以以大約10°C/min的速率加熱到第二溫度530。還優(yōu)選試樣保持在第二 溫度530足以在該溫度平衡的時(shí)間。例如，試樣可以在第二溫度530保持大約30秒到大約 90秒。優(yōu)選，試樣在第二溫度530保持大約60秒。也可以采用其它保持時(shí)間。試樣隨后冷卻740到第三溫度550，所述第三溫度足以重限定第一峰520和限定數(shù) 據(jù)中的第二峰560。如上所述，第一峰520對應(yīng)于形狀記憶合金從奧氏體到R相的相變，它 發(fā)生在第一溫度區(qū)間內(nèi)。第二峰560對應(yīng)于從R相到馬氏體的相變，發(fā)生在第三、較低的溫 度區(qū)間內(nèi)。參見圖5，第一溫度區(qū)間的下界和上界520a、520b可以分別作為相變溫度&和 Rs,第三溫度區(qū)間的下界和上界560a和560b可以分別取作大約Mf和Ms。(下面討論采用 切線技術(shù)正式確定這些相變溫度。)優(yōu)選地，冷卻到第三溫度550以和ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05 中規(guī)定相一致的速率進(jìn)行。例如，試樣可以以大約10°C /min的速率冷卻到第三溫度550。根據(jù)一種實(shí)施方案，第三溫度550可以是大約Mf-30°C。根據(jù)另一實(shí)施方案，第三 溫度550可以是低于對應(yīng)于第二峰的第三溫度區(qū)間的下界560a的任何溫度，比如低于下界 560a至少大約10°C，或者低于下界560a至少大約30°C。以絕對數(shù)值表示，第三溫度可以是 至多大約180°C，至多大約150°C，或者至多大約130°C，或者至多大約落在第三溫度區(qū)間的 下界560a下面的另一溫度。優(yōu)選所述試樣在第三溫度550保持足以在該溫度平衡的時(shí)間。例如，試樣可以在 第三溫度550保持大約30秒到大約90秒的時(shí)間。優(yōu)選，所述試樣保持在第三溫度550大 約60秒。也可以采用其它保持時(shí)間。在如上所述試樣在第三溫度550保持之后，試樣隨后可以加熱750到第四溫度 570，所述第四溫度足以在該數(shù)據(jù)中限定至少一個(gè)谷580。優(yōu)選，所述試樣在第四溫度570是 完全奧氏體的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第四溫度570可以是大約Af+30°C。根據(jù)另一實(shí)施方案，第四 溫度550可以是高于對應(yīng)于谷580的第四溫度區(qū)間的上界580b的任何溫度，比如高于上界 580b至少大約10°C，或者高于上界580b至少大約30°C。以絕對數(shù)值表示，第四溫度570可 以是至少大約30°C，至少大約40°C，至少大約60°C，或者至少大約高于第四溫度區(qū)間的上 界580b的另一溫度。如前所述，雖然試樣已經(jīng)經(jīng)歷了從馬氏體到R相和從R相到奧氏體的相變，但是在 加熱750到第四溫度570時(shí)可以獲得僅僅單一谷580。谷580因此可以稱作重疊谷580，其 是通過分別對應(yīng)于從馬氏體到R相的相變和從R相到奧氏體的相變的第一和第二亞谷重疊 而形成的。根據(jù)該實(shí)施方案，在雙循環(huán)DSC試驗(yàn)的第一冷卻加熱循環(huán)中通過試驗(yàn)方式限定 第二亞谷540。第一亞谷可以采用獲自雙循環(huán)DSC試驗(yàn)的數(shù)據(jù)通過計(jì)算方式限定，如下所 述。
側(cè)舶雙式·_白機(jī)憤誠限定馬氏體到R相相變(也即，第一亞谷)的計(jì)算方法采用從雙循環(huán)試驗(yàn)中記錄 的數(shù)據(jù)，其已經(jīng)在上面根據(jù)兩個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行了描述。請回憶起雙循環(huán)試驗(yàn)允許限定和分 離對應(yīng)于R相到奧氏體相變的第二亞谷。雙循環(huán)試驗(yàn)還限定了通過重疊第一和第二亞谷形 成的谷(“重疊谷”)。計(jì)算分析的目標(biāo)是使用對應(yīng)于第二亞谷和重疊谷的DSC數(shù)據(jù)來限定 和分離對應(yīng)于馬氏體到R相相變的第一亞谷。記錄的DSC數(shù)據(jù)由χ和y數(shù)據(jù)點(diǎn)組成，其中χ是溫度(°C)，y是熱流量(焓，單位 是瓦/克(W/g)) O DSC裝置包括軟件比如例如TA Instruments的Universal Analysis軟 件，其基于數(shù)據(jù)點(diǎn)生成曲線。X和y數(shù)據(jù)可以進(jìn)行輸出和算術(shù)操作，或者所述數(shù)據(jù)可以輸入 到曲線擬合軟件程序(其確定擬合所述數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線用等式)中。限定對應(yīng)于馬氏體到R相相變的第一亞谷的第一計(jì)算方法是直接算術(shù)減法。如上 所述，雙循環(huán)試驗(yàn)允許第二亞谷從加熱時(shí)形成的重疊谷中分離。將對應(yīng)于所述重疊谷和第 二亞谷的數(shù)據(jù)以X和y格式從DSC軟件程序中輸出。由于重疊谷和第二亞谷具有共同的 χ(溫度)值，所以可以采用直接減法來確定第一亞谷的y值(焓)。算術(shù)等式可以采用如下形式X(A+E,) = XaY(A+K’)-YA = Y/ 其中，X(A+E,)和Xa分別代表重疊谷和第二亞谷的χ值，Y(A+K,)、Ya和Y/分別代表重 疊谷、第二亞谷和第一亞谷的y值。使用所計(jì)算出并歸一化的Yk，值(焓)，隨后可以將第一 亞谷475以及試驗(yàn)確定的重疊谷450和第二亞谷480繪制成χ (溫度)的函數(shù)，如例如圖8 中所示。表1示出了來自示例性形狀記憶合金試樣的DSC數(shù)據(jù)的一部分，其已經(jīng)如上所述 輸出并進(jìn)行了算術(shù)減法，以確定對應(yīng)于馬氏體到R相相變的第一亞谷的形式。由于用于生 成DSC曲線的數(shù)據(jù)量非常大，所以僅僅示出了數(shù)據(jù)的一部分。所得(X，y)值可以返回DSC 軟件程序，可以繪制和重疊谷、第一亞谷以及第二亞谷對應(yīng)的曲線。表1、顯示出進(jìn)行算術(shù)減法來確定第一亞峰的DSC數(shù)據(jù)的一部分 限定第一亞谷的第二方法是采用曲線擬合軟件(例如，來自O(shè)riginLab的OriginS 數(shù)據(jù)分析和作圖軟件)來用算術(shù)函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。對第二亞谷和重疊谷的擬合函數(shù)通 常是相同形式，但是包括限定每個(gè)曲線形狀的不同系數(shù)。例如，具有下列形式的Voigt函數(shù) 可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合 下表2中給出的是針對示例性形狀記憶合金樣品的第二亞谷(“僅僅A相”的數(shù) 據(jù))和重疊谷(“A相和B相”數(shù)據(jù))計(jì)算的Voigt函數(shù)系數(shù)，其中yQ=偏差，χ。=中心，A =幅值，wG=高斯寬度，wL = L0rentzian寬度。使用這些參數(shù)，可以為每一 χ值確定y值。表2、用于第二亞谷和重疊谷的Voigt函數(shù)系數(shù) 一旦已經(jīng)針對對應(yīng)于重疊谷和第二亞谷的數(shù)據(jù)進(jìn)行了曲線擬合，那么每個(gè)計(jì)算的 曲線可以積分以確定各個(gè)曲線下的面積。針對第二亞谷計(jì)算的面積隨后可以從針對重疊谷 計(jì)算的面積中減去，以獲得第一亞谷的面積。通過對該面積求導(dǎo)數(shù)，可以獲得并繪制代表第 一亞谷形式的函數(shù)?；蛘?，可以將使用原始數(shù)據(jù)的上述減法和所計(jì)算的(χ，y)值一起用于
限定第一亞谷。確定相變溫度的切線技術(shù)可以采用切線技術(shù)來確定形狀記憶合金的相變溫度，其通常對應(yīng)于每個(gè)峰或谷的 上界和下界。對圖1-5中給出的DSC數(shù)據(jù)示出了切線。ASTM標(biāo)準(zhǔn)2004-05規(guī)定了繪制切 線通過峰或谷的拐點(diǎn)(inflectionpoint)，隨著DSC數(shù)據(jù)的基線和所述最大傾斜線的延長 線之間的圖形交叉，獲得相變溫度(例如，Ms和Mf)。這個(gè)方法在圖1和2中示出。其它 切線確定方法對于特別寬的峰可能是合適的，其中使切線穿過峰或谷的拐點(diǎn)使結(jié)果出現(xiàn)偏 差。軟件程序比如TA Instruments' sUniversal Analysis軟件包括用于自動生成切線和 相變溫度的切線確定程序。通過采用根據(jù)兩個(gè)實(shí)施方案的上述雙循環(huán)DSC試驗(yàn)，能夠從在常規(guī)單一循環(huán)DSC試驗(yàn)中獲取的重疊谷中分離對應(yīng)于R相到奧氏體相變的第二亞谷。使用這些DSC數(shù)據(jù)，進(jìn) 一步能夠以計(jì)算方式限定重疊谷的第一亞谷，其對應(yīng)于馬氏體到R相的相變。因此，通過結(jié) 合所述試驗(yàn)雙循環(huán)方法和計(jì)算分析，可以將重疊谷毫無疑義地分離成其成分第一亞谷和第 二亞谷。相應(yīng)地，顯示出R相相變的形狀記憶合金的相變可以正確表征，并且可以精確確定 相變溫度(例如，R’ s、R’ f、As和Af)。盡管本文所述的雙循環(huán)試驗(yàn)已經(jīng)參考在加熱具有R相相變的形狀記憶合金試樣 時(shí)獲得的重疊谷進(jìn)行去卷積進(jìn)行了描述，但是所述程序也可以用于對在冷卻時(shí)可以獲取的 重疊峰進(jìn)行去卷積。例如，雙循環(huán)試驗(yàn)可以適用于具有R相相變的、在冷卻時(shí)僅僅顯示單一 峰在加熱時(shí)顯示兩個(gè)谷的形狀記憶合金試樣。在這種情況下，所述程序會需要將常規(guī)單循 環(huán)DSC試驗(yàn)和另外的冷卻加熱循環(huán)結(jié)合起來，以除了重疊峰之外還試驗(yàn)限定所述R相到馬 氏體的亞峰，然后通過如上所述進(jìn)行計(jì)算以分離奧氏體至R相的相變峰。所述另外的冷卻 加熱循環(huán)會和上述的成逆向進(jìn)行(例如，試樣會從優(yōu)選馬氏體狀態(tài)加熱到優(yōu)選完全R相狀 態(tài)，同時(shí)沒有奧氏體存在，然后冷卻以限定僅僅對應(yīng)于R相到馬氏體相變的亞峰)。如同上 述的雙循環(huán)試驗(yàn)的實(shí)施方案一樣，所述另外的冷卻加熱循環(huán)可以在所述雙循環(huán)試驗(yàn)的常規(guī) 單循環(huán)之前或之后進(jìn)行。還要注意的是，本雙循環(huán)試驗(yàn)對于表征非鎳鈦合金的形狀記憶材料中的相變也 可以是有用的，所述形狀記憶材料比如例如銅合金，例如Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Sn, Cu-Sn 或者 Cu-Au-Zn ；鐵合金，例如 Fe-Mn, Fe-Mn-Si, Fe-Be, Fe-Pd 或者 Fe-Pt ；和其它合 金，例如Ag-CcUAu-Cd或者In-Ti，以及形狀記憶聚合物。進(jìn)一步要注意的是，本雙循環(huán)試驗(yàn)可以適用于不同于DSC試驗(yàn)的形狀記憶材料表 征技術(shù)(例如，電阻率方法、動態(tài)機(jī)械分析等等)，其包括評價(jià)數(shù)據(jù)作為溫度或應(yīng)力的函數(shù)。 例如，代替熱流量作為溫度的函數(shù)，在試驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)可以是位移作為溫度的函數(shù)或者 電阻率作為溫度的函數(shù)。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考其一些實(shí)施方案相當(dāng)詳細(xì)地進(jìn)行了描述，但是在不偏離本發(fā) 明的情況下其它實(shí)施方案是可行的。因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)受限于本文所 包含的優(yōu)選實(shí)施方案的描述。落在權(quán)利要求意義內(nèi)(文字上或者等同的)的所有實(shí)施方案 旨在包括進(jìn)來。進(jìn)而，上述優(yōu)點(diǎn)不必然是本發(fā)明的僅有優(yōu)點(diǎn)，并且不必然期望所有描述的優(yōu)點(diǎn)都 會通過本發(fā)明的每一實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
對包括R相相變的形狀記憶合金的相變進(jìn)行表征的方法，所述方法包括記錄來自包括形狀記憶合金的試樣在加熱和冷卻過程中的數(shù)據(jù)，所述形狀記憶合金具有R相相變；冷卻所述試樣到第一溫度，所述第一溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第一拐折和第二拐折，所述第一拐折出現(xiàn)在第一溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從奧氏體到R相的相變，所述第二拐折出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從R相到馬氏體的相變；加熱所述試樣到第二溫度，所述第二溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第三拐折，所述第三拐折出現(xiàn)在第三溫度區(qū)間內(nèi)并且是通過重疊第一亞拐折和第二亞拐折而形成，所述第一亞拐折和第二亞拐折分別對應(yīng)于從馬氏體到R相的相變和從R相到奧氏體的相變；冷卻所述試樣到第三溫度，所述第三溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中限定所述第一拐折但不足以限定所述第二拐折，由此所述形狀記憶合金具有基本完全的R相結(jié)構(gòu)；加熱所述試樣到第四溫度，所述第四溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中限定所述第二亞拐折，所述第二亞拐折對應(yīng)于從R相到奧氏體的相變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所記錄的數(shù)據(jù)是作為溫度函數(shù)的熱流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在冷卻所述試樣到第一溫度之前，加熱所述試 樣到預(yù)熱溫度，由此所述形狀記憶合金是基本完全奧氏體的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第三溫度低于第一溫度區(qū)間的下界并且高于第二 溫度區(qū)間的上界。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一、第二、第三和第四溫度的每一個(gè)都保持大約30秒 到大約90秒的時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括從所述第二亞拐折確定所述形狀記憶合金的奧 氏體起始溫度和奧氏體結(jié)束溫度的至少之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述第二亞拐折包括具有拐點(diǎn)的曲線，進(jìn)一步包括在 所述曲線的至少一側(cè)上形成到所述數(shù)據(jù)的基線的切線，從而確定所述奧氏體起始溫度和奧 氏體結(jié)束溫度的至少之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括采用第三拐折和第二亞拐折以計(jì)算方式確定第 一亞拐折。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中第三拐折包括一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)點(diǎn)包括Y(A+K,) 值，第二亞拐折包括一系列包括Ya值的數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)一步包括針對包括Yk,值的第一亞拐折計(jì) 算一系列經(jīng)過計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中Υκ, = Y(A+K,)-YA，和從所述計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)來限定第一亞拐 折。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括從第三拐折的面積中減去第二亞拐折的面積 以確定第一亞拐折面積，并進(jìn)一步包括對第一亞拐折面積求導(dǎo)數(shù)以限定第一亞拐折。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括從所述第一亞拐折確定所述形狀記憶合金的 R’相起始溫度和R’相結(jié)束溫度的至少之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第一亞拐折包括包含拐點(diǎn)的曲線，進(jìn)一步包括 在所述曲線的至少一側(cè)上形成到數(shù)據(jù)的基線的切線，由此確定R’相起始溫度和R’相結(jié)束 溫度的至少之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中冷卻所述試樣到第三溫度和加熱所述試樣到第四溫度是在冷卻所述試樣到第一溫度并加熱所述試樣到第二溫度之前進(jìn)行的，進(jìn)一步包括在冷 卻所述試樣到第三溫度之前加熱所述試樣到預(yù)熱溫度，由此所述形狀記憶合金基本完全是 奧氏體的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將所述試樣放置于用于記錄所述數(shù)據(jù)的裝置 中，其中所述裝置是差示掃描量熱計(jì)，所記錄的數(shù)據(jù)是作為溫度函數(shù)的熱流量，其中所述第一拐折是第一峰，第二拐折是第二峰，第三拐折是谷，第一亞拐折和第二亞 拐折分別是第一和第二亞谷，其中所述第一溫度低于第二溫度區(qū)間的下界至少大約io°c， 其中第二溫度和第四溫度的每一個(gè)高于第三溫度區(qū)間的上界至少大約10°C， 其中第三溫度低于第一溫度區(qū)間的下界并且高于第二溫度區(qū)間的上界， 進(jìn)一步包括在冷卻所述試樣到第一溫度之前加熱所述試樣到預(yù)熱溫度，由此所述形狀 記憶合金基本完全是奧氏體的，和進(jìn)一步包括由第二亞谷確定所述形狀記憶合金的奧氏體起始溫度和奧氏體結(jié)束溫度 的至少之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括使用所述谷和第二亞谷通過計(jì)算方式限定第 一亞谷，和進(jìn)一步包括由所述第一亞谷確定所述形狀記憶合金的R’相起始溫度和R’相結(jié)束溫度 的至少之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中冷卻所述試樣到第三溫度和加熱所述試樣到第四溫 度是在冷卻所述試樣到第一溫度并加熱所述試樣到第二溫度之前進(jìn)行的，其中加熱所述試 樣到預(yù)熱溫度是在冷卻所述試樣到第三溫度之前進(jìn)行的。
17.用于確定具有R相相變的形狀記憶合金的相變溫度的方法，所述方法包括 記錄包括形狀記憶合金的試樣在加熱和冷卻過程中的數(shù)據(jù)，所述形狀記憶合金具有R相相變；冷卻所述試樣到第一溫度，所述第一溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中僅僅限定第一拐折，所 述第一拐折出現(xiàn)在第一溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從奧氏體到R相的相變；加熱所述試樣到第二溫度，所述第二溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第二拐折，所述第 二拐折出現(xiàn)在第二溫度區(qū)間內(nèi)并對應(yīng)于從R相到奧氏體的相變；由所述第二拐折確定所述形狀記憶合金的奧氏體起始溫度和奧氏體結(jié)束溫度的至少 之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括將所述試樣放置在差示掃描量熱計(jì)中用于記 錄加熱和冷卻過程中的數(shù)據(jù)，所記錄的數(shù)據(jù)是作為溫度函數(shù)的熱流量。
19.用于表征形狀記憶材料中的相變的方法，所述方法包括 記錄形狀記憶材料在加熱和冷卻過程中的數(shù)據(jù)；沿著第一方向改變試樣的溫度到第一溫度，所述第一溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第 一拐折和第二拐折，所述第一拐折出現(xiàn)在第一溫度區(qū)間內(nèi)，所述第二拐折出現(xiàn)在第二溫度 區(qū)間內(nèi)；沿著第二方向改變所述試樣的溫度到第二溫度，所述第二溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限 定第三拐折，所述第三拐折出現(xiàn)在第三溫度區(qū)間內(nèi)且是通過重疊第一亞拐折和第二亞拐折形成的；沿著第一方向改變所述試樣的溫度到第三溫度，所述第三溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中 限定所述第一拐折，但不足以限定所述第二拐折；沿著第二方向改變所述試樣的溫度到第四溫度，所述第四溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中 限定所述第二亞拐折。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括采用第三拐折和第二亞拐折以計(jì)算方式限定 第一亞拐折。
全文摘要
用于表征形狀記憶材料試樣的相變的方法必須記錄所述試樣在加熱和冷卻過程中的數(shù)據(jù)。沿著第一方向改變所述試樣的溫度到第一溫度，所述第一溫度足以在記錄的數(shù)據(jù)中限定第一拐折和第二拐折。沿著第二方向改變所述試樣的溫度到第二溫度，所述第二溫度足以在數(shù)據(jù)中限定第三拐折。所述第三拐折是通過重疊第一亞拐折和第二亞拐折形成的。沿著第一方向改變所述試樣的溫度到第三溫度，所述第三溫度足以限定所述第一拐折但不足以限定所述第二拐折。隨后沿著第二方向改變所述試樣的溫度到第四溫度，所述第四溫度足以在所記錄的數(shù)據(jù)中限定所述第二亞拐折。
文檔編號G01N25/48GK101889200SQ200880119462
公開日2010年11月17日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者F·J·劉, M·A·馬努松 申請人:庫克公司;薩賓公司