驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（2）不同厂家生产的钛丝有什么区别

272151979 发表于 2024-11-14 15:23

<div class='showpostmsg'>前言

形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、镍钛记忆合金，它是由TI（钛）-IN（镍）材料组成，这里我们方便描述，简称钛丝或者驱动钛丝。

第2节  不同厂家生产的钛丝有什么区别

目前全球的钛丝生产厂家，同样规格的钛丝特性都不同，选择合适自己产品的钛丝至关重要，我们需要检测和验证不同厂家的钛丝，能否满足自己产品的需求。

下面我们从3个维度简单地讲一讲。

1、先说下驱动钛丝的温度指标，分别是相变温度、相变温度偏差值、环境适应温度。

首先是钛丝的相变温度，钛丝通电发生明显的位移，对应的相变温度存在温度上下限，这个温度上下限值是钛丝的相变温度范围，但为了表述方便，一般取发生形变时的典型温度值。以某M国B厂出品的较为优质的驱动钛丝为例（见下图第2根红线），这根钛丝发生明显位移温度值是80°，即为这根钛丝相变温度。

  

不同厂家的标称的相变温度从20°、40°、60°、80°到100°不等，一般情况下，在应用驱动钛丝的产品中，相变温度越高，产品越不容易受到环境温度的影响，稳定性越好；相变温度过低，则较容易发生故障。

案例：某品牌的户外的快递柜，采用了钛丝锁，在夏天暴晒后，柜体温度升高，可以正常扫码开门，但是经常出现门关不上的情况，后来经检验发现，这批锁采用的钛丝相变温度只有40°，导致在夏天户外高温环境下钛丝一直处于收缩状态，无法冷却还原。

其次是钛丝相变温度偏差：某厂的同一批次钛丝的相变温度偏差，简单点说就是这批次的钛丝表现较低的相变温度和表现较高的相变温度，同样的以M国B厂的这批次钛丝为例（见下图2根红线），较低的相变温度是80度，较高的是100度，那么它的偏差值就是20度。

  

 

各厂家采用的原材料和熔炼工艺的不同，导致钛丝表现出不同的相变温度和相变温度偏差，市面上常见的钛丝相变温度偏差有20度~50度不等，一般来说，原材料配比和熔炼工艺的精度越高，相变温度范围越窄，相变温度偏差值越小；精度越低，相变温度范围越宽，相变温度偏差值越大。

例如下表中，B厂和C厂都标称相变温度为80度，但是通过检测发现，C厂的钛丝相变温度偏差达到了40度。如果选择C厂的钛丝，在实际应用中就容易导致产品出现不稳定的现象。

  

最后说下环境适应温度，即钛丝能正常工作的环境温度区间，目前常见的驱动钛丝环境适应温度-40°~60°、-40°~80°。对于户外产品，特别是夏天高温环境，如果采用了环境温度上限是60度的钛丝，就容易发生驱动机构失灵的现象。财哥建议，对于户外电子类产品，应尽量优先采用环境适应温度为-40°~80°的钛丝。

 

驱动钛丝的相变温度、相变温度范围/偏差和环境适应温度均是非常重要的温度指标，很多厂家在标示这些数据的时候，往往以范围值的形式标示，极其容易混淆（有时候连厂家自己的业务员都分不清楚），请各位务必区分清楚。

我们检测和统计了市面上常见厂家的钛丝的温度指标及推荐指数，见以下表

  

综上，财哥建议在选择驱动钛丝的时候，优先选择环境适应温度大，相变温度高，相变温度偏差值接近或小于20°的钛丝，偏差越小，对钛丝的驱动控制精度和稳定性越高。

 

2、再次是钛丝的单程记忆效应和双程记忆效应，由于各厂家加工的工艺不同，生产出来的钛丝具有单程记忆效应和双程记忆效应这两种不同的特征。

单程记忆钛丝具有以下特点：

1）通电收缩后不可逆。它只记得收缩后的状态，在产品当中，需要增加较大的初始载荷，使其驱动收缩后，通过这个较大的初始载荷强硬的拉长到初始长度。

2）单程记忆的钛丝恢复响应慢。自身应变力量偏大，在增加较大的初始载荷情况下，冷却恢复依旧比较慢。

3）单程记忆钛丝的应用力量的范围较小。

4）相比双层记忆钛丝，其稳定性较差。

所以单程记忆钛丝，一般应用在较为简单粗暴的应用场景。

 

双程记忆钛丝具有以下特点：

1）通电收缩后可自行恢复。它记得冷的状态和热的状态，在产品当中，我们只需要较小的初始载荷，就可以迅速恢复到原来的长度。

2）双程记忆钛丝的响应速度快。

3）双程记忆钛丝的应用力量的范围较大。

4）相比单程记忆钛丝，其寿命和稳定性较高。

 

目前大部分厂家生产的钛丝是单程记忆钛丝，也有少部分厂家的钛丝是双程记忆钛丝，财哥给大家的建议是优先选择双程记忆的钛丝，这样可以带来更多的容错空间。

 

3、最后说下钛丝的位移收缩率，财哥测试了市场上常见的钛丝，发现不同厂家的钛丝通电收缩位移是不一样的，从3.7%、4%、4.3%、4.7%、5%、＞5%不等。

下面是给出的不同厂家的位移参数对比图，供各位参考：

  

一般来说，位移收缩率越大，产品的位移容量空间和寿命越好，所以财哥给大家的建议也是优先选择较大位移收缩率的钛丝。

 

好了，截至目前，我们主要说了钛丝的规格选型和不同厂家生产钛丝的区分，做好这两点的选择和适配，对钛丝应用的可靠性、稳定性和寿命是第一步，也是至关重要的一步。

 

如果各位通过这两个方面，仍无法满足自己产品的设计条件，我们还需要通过钛丝机械结构设计去优化和匹配产品的需求，这也是下一章我们将要讲的内容，后续我们将会阐述结构设计对产品可靠性的影响，并设计了《驱动钛丝（SMA）常见10大结构模型》。

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作者  财哥说钛丝
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Jacktang 发表于 2024-11-15 07:27

那条线是说明位移收缩率越大，产品的位移容量空间和寿命越好的么

秦天qintian0303 发表于 2024-11-15 10:36

形态记忆合金一般通过什么控制

272151979 发表于 2024-11-18 10:48

通过供电来驱动控制的

272151979 发表于 2024-11-18 10:48

秦天qintian0303 发表于 2024-11-15 10:36
形态记忆合金一般通过什么控制  

通过供电来驱动控制的

272151979 发表于 2024-11-18 10:49

Jacktang 发表于 2024-11-15 07:27
那条线是说明位移收缩率越大，产品的位移容量空间和寿命越好的么

是的

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驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（2）不同厂家生产的钛丝有什么区别