【前言】

形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形態(tài)記憶合金、鈦鎳記憶合金，它是由Ti（鈦）-Ni（鎳）材料組成，經過多道工序制成的絲，我們簡稱鈦絲，可以通過電路驅動鈦絲發(fā)生運動。

相比于傳統(tǒng)的電機、電磁鐵動力，鈦絲是一種新型的動力元件。

鈦絲驅動技術目前已經在航空航天、洲際導彈、無人機、手機、汽車、機器人等科技領域投入使用。

本文通過分享、普及鈦絲驅動技術的可靠性設計，方便大家在機械電子工業(yè)設計等領域快速有效的轉化為科技成果。

第2節(jié) 不同廠家生產的鈦絲有什么區(qū)別

目前全球的鈦絲生產廠家，同樣規(guī)格的鈦絲特性都不同，選擇合適自己產品的鈦絲至關重要，我們需要檢測和驗證不同廠家的鈦絲，能否滿足自己產品的需求。

下面我們從3個維度簡單地講一講。

1、先說下驅動鈦絲的溫度指標，分別是相變溫度、相變溫度偏差值、環(huán)境適應溫度。

首先是鈦絲的相變溫度，鈦絲通電發(fā)生明顯的位移，對應的相變溫度存在溫度上下限，這個溫度上下限值是鈦絲的相變溫度范圍，但為了表述方便，一般取發(fā)生形變時的典型溫度值。以某M國B廠出品的較為優(yōu)質的驅動鈦絲為例（見下圖第2根紅線），這根鈦絲發(fā)生明顯位移溫度值是80°，即為這根鈦絲相變溫度。

不同廠家的標稱的相變溫度從20°、40°、60°、80°到100°不等，一般情況下，在應用驅動鈦絲的產品中，相變溫度越高，產品越不容易受到環(huán)境溫度的影響，穩(wěn)定性越好；相變溫度過低，則較容易發(fā)生故障。

案例：某品牌的戶外的快遞柜，采用了鈦絲鎖，在夏天暴曬后，柜體溫度升高，可以正常掃碼開門，但是經常出現(xiàn)門關不上的情況，后來經檢驗發(fā)現(xiàn)，這批鎖采用的鈦絲相變溫度只有40°，導致在夏天戶外高溫環(huán)境下鈦絲一直處于收縮狀態(tài)，無法冷卻還原。

其次是鈦絲相變溫度偏差：某廠的同一批次鈦絲的相變溫度偏差，簡單點說就是這批次的鈦絲表現(xiàn)較低的相變溫度和表現(xiàn)較高的相變溫度，同樣的以M國B廠的這批次鈦絲為例（見下圖2根紅線），較低的相變溫度是80度，較高的是100度，那么它的偏差值就是20度。

 

各廠家采用的原材料和熔煉工藝的不同，導致鈦絲表現(xiàn)出不同的相變溫度和相變溫度偏差，市面上常見的鈦絲相變溫度偏差有20度~50度不等，一般來說，原材料配比和熔煉工藝的精度越高，相變溫度范圍越窄，相變溫度偏差值越小；精度越低，相變溫度范圍越寬，相變溫度偏差值越大。

例如下表中，B廠和C廠都標稱相變溫度為80度，但是通過檢測發(fā)現(xiàn)，C廠的鈦絲相變溫度偏差達到了40度。如果選擇C廠的鈦絲，在實際應用中就容易導致產品出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

最后說下環(huán)境適應溫度，即鈦絲能正常工作的環(huán)境溫度區(qū)間，目前常見的驅動鈦絲環(huán)境適應溫度-40°~60°、-40°~80°。對于戶外產品，特別是夏天高溫環(huán)境，如果采用了環(huán)境溫度上限是60度的鈦絲，就容易發(fā)生驅動機構失靈的現(xiàn)象。財哥建議，對于戶外電子類產品，應盡量優(yōu)先采用環(huán)境適應溫度為-40°~80°的鈦絲。

 

驅動鈦絲的相變溫度、相變溫度范圍/偏差和環(huán)境適應溫度均是非常重要的溫度指標，很多廠家在標示這些數(shù)據的時候，往往以范圍值的形式標示，極其容易混淆（有時候連廠家自己的業(yè)務員都分不清楚），請各位務必區(qū)分清楚。

我們檢測和統(tǒng)計了市面上常見廠家的鈦絲的溫度指標及推薦指數(shù)，見以下表

綜上，財哥建議在選擇驅動鈦絲的時候，優(yōu)先選擇環(huán)境適應溫度大，相變溫度高，相變溫度偏差值接近或小于20°的鈦絲，偏差越小，對鈦絲的驅動控制精度和穩(wěn)定性越高。

 

2、再次是鈦絲的單程記憶效應和雙程記憶效應，由于各廠家加工的工藝不同，生產出來的鈦絲具有單程記憶效應和雙程記憶效應這兩種不同的特征。

單程記憶鈦絲具有以下特點：

1）通電收縮后不可逆。它只記得收縮后的狀態(tài)，在產品當中，需要增加較大的初始載荷，使其驅動收縮后，通過這個較大的初始載荷強硬的拉長到初始長度。

2）單程記憶的鈦絲恢復響應慢。自身應變力量偏大，在增加較大的初始載荷情況下，冷卻恢復依舊比較慢。

3）單程記憶鈦絲的應用力量的范圍較小。

4）相比雙層記憶鈦絲，其穩(wěn)定性較差。

所以單程記憶鈦絲，一般應用在較為簡單粗暴的應用場景。

 

雙程記憶鈦絲具有以下特點：

1）通電收縮后可自行恢復。它記得冷的狀態(tài)和熱的狀態(tài)，在產品當中，我們只需要較小的初始載荷，就可以迅速恢復到原來的長度。

2）雙程記憶鈦絲的響應速度快。

3）雙程記憶鈦絲的應用力量的范圍較大。

4）相比單程記憶鈦絲，其壽命和穩(wěn)定性較高。

 

目前大部分廠家生產的鈦絲是單程記憶鈦絲，也有少部分廠家的鈦絲是雙程記憶鈦絲，財哥給大家的建議是優(yōu)先選擇雙程記憶的鈦絲，這樣可以帶來更多的容錯空間。

 

3、最后說下鈦絲的位移收縮率，財哥測試了市場上常見的鈦絲，發(fā)現(xiàn)不同廠家的鈦絲通電收縮位移是不一樣的，從3.7%、4%、4.3%、4.7%、5%、＞5%不等。

下面是給出的不同廠家的位移參數(shù)對比圖，供各位參考：

一般來說，位移收縮率越大，產品的位移容量空間和壽命越好，所以財哥給大家的建議也是優(yōu)先選擇較大位移收縮率的鈦絲。

 

好了，截至目前，我們主要說了鈦絲的規(guī)格選型和不同廠家生產鈦絲的區(qū)分，做好這兩點的選擇和適配，對鈦絲應用的可靠性、穩(wěn)定性和壽命是第一步，也是至關重要的一步。

 

如果各位通過這兩個方面，仍無法滿足自己產品的設計條件，我們還需要通過鈦絲機械結構設計去優(yōu)化和匹配產品的需求，這也是下一章我們將要講的內容，后續(xù)我們將會闡述結構設計對產品可靠性的影響，并設計了《驅動鈦絲（SMA）常見10大結構模型》。

 

 

結束語

為了讓驅動鈦絲在工業(yè)應用中切實落地，我們制作了包括《財哥說鈦絲》、《驅動鈦絲（SMA）的可靠性設計》等系列視頻和文章供大家參考，歡迎大家的關注和交流，請點贊收藏！

 

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作者 財哥說鈦絲