一种镍钛合金的制备方法及过载自动断路保护器

摘要

本发明涉及合金制备技术领域，尤其涉及一种镍钛合金的制备方法及过载自动断路保护器。该镍钛合金的制备方法包括如下步骤：S1.将待处理的镍钛合金置于容器内，抽真空后充入惰性气体，于500‑550℃下退火处理1‑2h；S2.退火处理后的所述镍钛合金依次进行固溶、水淬处理；S3.将固溶处理后的镍钛合金弯曲并固定至预设变形形状，固定好的镍钛合金依次进行时效、水淬处理，即得到镍钛合金；步骤S3中，时效处理温度为320‑390℃；当时效温度为320℃≤T≤348℃时，时效时间为110‑120h；当时效温度为355℃≤T

权利要求

1.一种镍钛合金的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

S1.将待处理的镍钛合金置于相对密闭的容器内，抽真空后充入惰性气体，于500‑550℃下退火处理1‑2 h；

S2.退火处理后的所述镍钛合金依次进行固溶、水淬处理；

S3.将固溶处理后的镍钛合金弯曲并固定至预设变形形状，固定好的镍钛合金依次进行时效、水淬处理，即得到所述镍钛合金；

步骤S2中，固溶处理的温度为850‑900℃，时间为0.5‑1 h；

步骤S3中，时效处理的温度为320‑348℃，时效时间为110‑120 h，按质量百分比计，步骤S3中制得的所述镍钛合金中镍元素的含量为50‑51at.%。

2.根据权利要求1所述的一种镍钛合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中制得的所述镍钛合金的形变量为10‑35%。

3.根据权利要求1所述的一种镍钛合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中制得的所述镍钛合金的变形温度为35‑59℃。

4.一种过载自动断路保护器，其特征在于，包括如权利要求1‑3任一项所述的镍钛合金（1）、活动单元（2）、开关保护件（3）和壳体（4），所述镍钛合金（1）、所述活动单元（2）和所述开关保护件（3）均可活动地安装于所述壳体（4）；

常规状态下，所述镍钛合金（1）的一端与第一触点（5）活动连接，其另一端与第二触点（6）固定连接，所述活动单元（2）与所述开关保护件（3）连接，所述开关保护件（3）的两端与第三触点（7）和第四触点（8）连接，使得所述第一触点（5）、所述第二触点（6）、所述第三触点（7）和所述第四触点（8）依次电性连接，所述第一触点（5）和所述第四触点（8）与外界电性连接；

过载或短路状态下，电流激增使所述镍钛合金（1）高于工作温度，其向所述活动单元（2）的一侧弯折，使得所述第一触点（5）和所述第二触点（6）不再电性连接，弯折后的所述镍钛合金（1）挤压所述活动单元（2）使其带动所述开关保护件（3）移动，直至所述开关保护件（3）的两端不再与所述第三触点（7）和所述第四触点（8）连接，以实现电路的断开。

5.根据权利要求4所述的一种过载自动断路保护器，其特征在于，所述活动单元（2）包括活动连接件（21）、定轴活动杠杆（22）和复位按钮（23），所述定轴活动杠杆（22）可转动地设置在所述壳体（4），且所述定轴活动杠杆（22）的一端夹持在所述活动连接件（21）和所述复位按钮（23）之间，其另一端与所述开关保护件（3）连接；

过载或短路状态下，电流激增使所述镍钛合金（1）高于工作温度，所述镍钛合金（1）向所述活动单元（2）的一侧弯折，所述第一触点（5）和所述第二触点（6）不再电性连接，且弯折后的所述镍钛合金（1）向上挤压所述活动连接件（21），从而带动所述定轴活动杠杆（22）正向转动，同时所述复位按钮（23）向上凸出，所述定轴活动杠杆（22）转动时带动所述开关保护件（3）下移，其两端不再与所述第三触点（7）和所述第四触点（8）电性连接，以实现电路的断开；

复位时，温度降低至所述镍钛合金（1）的工作温度，所述镍钛合金（1）恢复至初始形状，其两端与所述第一触点（5）和所述第二触点（6）连接，按压所述复位按钮（23），带动所述定轴活动杠杆（22）反向转动，再带动所述开关保护件（3）上移，直至其两端与所述第三触点（7）和所述第四触点（8）再次连接，以实现电路的导通。

说明书

一种镍钛合金的制备方法及过载自动断路保护器

技术领域

[0001] 本发明涉及合金制备技术领域，尤其涉及一种镍钛合金的制备方法及过载自动断路保护器。

背景技术

[0002] 传统空气开关及其断路保护器多采用电磁开关装置，即采用磁驱动的机械结构：短路时，利用通过磁感线圈的电流增大而增大吸引力，使得脱扣器脱开从而实现电路的断开；过载时，利用双金属片两侧不平衡升温触发脱扣器。综上，由于断路保护器需要包含针对短路和过载两种情况的不同结构，因此，上述结构的体积庞大、空间浪费、可应用场景少，难以满足目前智能结构日益轻量化、微型化的发展趋势。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的是提供一种镍钛合金的制备方法及过载自动断路保护器，旨在改善现有的空气开关及断路保护器体积庞大、空间浪费、可应用场景少的技术问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明提出一种镍钛合金的制备方法，包括如下制备步骤：

[0005] S1.将待处理的镍钛合金置于相对密闭的容器内，抽真空后充入惰性气体，于500‑550℃下退火处理1‑2 h；

[0006] S2.退火处理后的所述镍钛合金依次进行固溶、水淬处理；

[0007] S3.将固溶处理后的镍钛合金弯曲并固定至预设变形形状，固定好的镍钛合金依次进行时效、水淬处理，即得到所述镍钛合金。

[0008] 优选地，步骤S3中，时效处理的可选温度为320‑390℃，时效温度越低，可选时效时间范围越小，时效温度越高，可选时效时间范围越大。

[0009] 具体地，当时效温度为320℃≤T≤348℃时，可选时效时间为110‑120 h；当时效温度为355℃≤T<365℃时，可选时效时间为30‑120 h；当时效温度为365℃≤T≤390℃时，可选时效时间为20‑120 h。

[0010] 优选地，步骤S2中，固溶处理的温度为850‑900℃，时间为0.5‑1 h。

[0011] 优选地，按质量百分比计，步骤S3中制得的所述镍钛合金中镍元素的含量为50‑51at.%。通过调整镍钛合金中的Ni‑Ti原子比，约束弯曲应变和时效温度、时间，使制得的镍钛合金可以在较低温度下具有较高的灵敏度，在短时间内实现电路的断开，安全性更高。

[0012] 优选地，步骤S3中制得的所述镍钛合金的形变量为10‑35%。

[0013] 优选地，步骤S3中制得的所述镍钛合金的变形温度为35‑59℃。

[0014] 除此之外，本发明还提出一种过载自动断路保护器，包括镍钛合金、活动单元、开关保护件和壳体，所述镍钛合金、所述活动单元和所述开关保护件均可活动地安装于所述壳体内；

[0015] 常规状态下，所述镍钛合金的一端与第一触点活动连接，其另一端与第二触点固定连接，所述活动单元与所述开关保护件连接，所述开关保护件的两端与第三触点和第四触点连接，使得所述第一触点、所述第二触点、所述第三触点和所述第四触点依次电性连接，所述第一触点和所述第四触点与外界电性连接；

[0016] 过载或短路状态下，电流激增使所述镍钛合金高于工作温度，其向所述活动单元的一侧弯折，使得所述第一触点和所述第二触点不再电性连接，弯折后的所述镍钛合金挤压所述活动单元使其带动所述开关保护件移动，直至所述开关保护件的两端不再与所述第三触点和所述第四触点连接，以实现电路的断开。

[0017] 本方案采用经过训练（如上述的时效处理）的双程镍钛合金，对温度较为敏感，镍钛合金的双程形状记忆效应效果好，具有较为优异的性能，其中，镍钛合金丝在反复使用的稳定性、耐腐蚀性都较为优异，还具有更快的响应速度和更为适宜的变形量，适宜在多种场景中使用。通过镍钛合金和活动单元的配合，促使开关保护件实现电路的连通和自动断开，无需外力介入，镍钛合金即可在高温形状和低温形状之间往复变形，极大地降低了智能结构的体积和重量，有效地节省了空间，使电气元件可以做到微型化，增加其应用场景。

[0018] 优选地，所述活动单元包括活动连接件、定轴活动杠杆和复位按钮，所述定轴活动杠杆可转动地设置在所述壳体内，且所述定轴活动杠杆的一端夹持在所述活动连接件和所述复位按钮之间，其另一端与所述开关保护件连接；

[0019] 过载或短路状态下，电流激增使所述镍钛合金高于工作温度，所述镍钛合金向所述活动单元的一侧弯折，所述第一触点和所述第二触点不再电性连接，且弯折后的所述镍钛合金向上挤压所述活动连接件，从而带动所述定轴活动杠杆正向转动，同时所述复位按钮向上凸出，所述定轴活动杠杆转动时带动所述开关保护件下移，其两端不再与所述第三触点和所述第四触点电性连接，以实现电路的断开；

[0020] 复位时，温度降低至所述镍钛合金的工作温度，所述镍钛合金恢复至初始形状，其两端与所述第一触点和所述第二触点连接，按压所述复位按钮，带动所述定轴活动杠杆反向转动，再带动所述开关保护件上移，直至其两端与所述第三触点和所述第四触点再次连接，以实现电路的导通。开关保护件在镍钛合金恢复形状后并不会与第三触点和第四触点连接，电路仍保持断开状态；当短路或过载故障排除后，由人工按压复位按钮，开关保护件才会与第三触点和第四触点相连，使电路恢复工作，安全性更高，避免了反复短路或过载的情况。

[0021] 与现有技术相比，本发明的过载自动断路保护器具有以下有益效果：

[0022] 1.通过本方案中的特殊工艺制备得到的镍钛合金丝，具有双程形状记忆效应，其可在升温、降温时往复变形，利用该镍钛合金丝作为电流传输单元制备的过载自动断路保护器对温度更为敏感、响应更迅速，同时极大地简化了断路保护器的结构，降低了断路保护器的体积，可以根据实际使用空间需求制备不同尺寸的过载断路保护元器件。此外，由于设置有开关保护件作为自锁保护单元，电路不会因为镍钛合金丝降温后与触点再次接触即实现通电，而是在发现短路或过载故障排除后，手动按压复位按钮再实现供电，提高了过载自动断路保护器的安全性。

[0023] 2.本方案所采用的镍钛合金基于双程形状记忆效应，并非材料的固有属性，需要经过特定训练工艺获得，本方案所用工艺为时效处理，在镍钛合金中析出共格Ni4Ti3相，随之产生的共格应力场引发双程形状记忆效应；而镍钛合金的其他训练工艺，或其他镍钛合金（如Ni‑Ti‑Cu、Ni‑Ti‑Hf、Cu‑Zn‑Al、Ni‑Mn‑Ga、Cu‑Al‑Mn、高锰‑MnFe等）的训练工艺（如应力诱发马氏体相变循环和形状记忆效应循环），原理是在合金中形成位错阵列，随之产生的内应力场引发双程形状记忆效应，但此种基于位错阵列内应力场的双程形状记忆效应会造成合金在使用过程中的疲劳衰减，这是因往复变形产生的位错增殖。

[0024] 3.本方案制得的镍钛合金（时效后从高温到低温依次发生R相变和马氏体相变）的双程形状记忆效应是基于R相变，而非马氏体相变，这是因为1）R相变（及其逆相变）温度较高，符合断路保护器使用环境需求；2）R相变比马氏体相变应变小，往复变形产生的位错小，疲劳稳定性远大于马氏体相变。

[0025] 4.由于R相变比马氏体相变应变低，所以基于R相变的双程形状记忆镍钛合金应用较少，且为了提高形变量，常用的时效温度通常为400℃

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

[0027] 图1为本发明过载自动断路保护器在常规（电路连通）状态下的结构示意图；

[0028] 图2为本发明过载自动断路保护器在过载或短路状态下的结构示意图。

[0029] 附图中：1‑镍钛合金、2‑活动单元、21‑活动连接件、22‑定轴活动杠杆、23‑复位按钮、3‑开关保护件、4‑壳体、5‑第一触点、6‑第二触点、7‑第三触点、8‑第四触点。

[0030] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

[0031] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0032] 另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0033] 本发明提出一种如上述镍钛合金的制备方法，包括如下制备步骤：

[0034] 首先，按照Ni‑Ti原子比为（50‑51）：（49‑50）的比例将金属镍与金属钛放入感应熔炼炉中制成液态合金并充分均质化，然后将液态合金注入到金属模具或连铸机中得到长条状坯料，对坯料进行冷拉工艺，通过拉拔机使坯料逐渐变细，得到镍钛合金丝，一般可控制其尺寸为15×0.5 mm（长×直径），在不同实施例中，尺寸可以适应性调整。

[0035] S1.将待处理的镍钛合金密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体如高纯氩气，再于500‑550℃下退火处理1‑2 h，以消除内应力、改善材料的机械性能和组织结构；

[0036] S2.再次将步骤S1后的镍钛合金密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体如高纯氩气，将镍钛合金置于电阻炉中在850‑900℃固溶处理0.5‑1 h，再进行水淬；

[0037] S3.将步骤S2后的镍钛合金弯曲并固定至预设变形形状（即镍钛合金受高温影响后向活动单元弯折的变形形状和变形方向），固定好的镍钛合金置于箱式真空电阻炉中时效并水淬，即制得上述具有在高温下向活动单元的一侧弯折的记忆合金。其中，时效处理的可选温度为320‑390℃，时效温度越低，可选时效时间范围越小，时效温度越高，可选时效时间范围越大。具体地，当时效温度为320℃≤T≤348℃时，可选时效时间为110‑120 h；当时效温度为355℃≤T<365℃时，可选时效时间为30‑120 h；当时效温度为365℃≤T≤390℃时，可选时效时间为20‑120 h。

[0038] 本方案步骤S3中的弯曲应变<0.8%，可以避免产生塑性变形。

[0039] 进一步地，镍钛合金的形变量为10‑35%，变形温度为35‑59℃。通过调整镍钛合金中的Ni‑Ti原子比，约束弯曲应变和时效温度、时间，使制得的镍钛合金形变量可控制在10‑35%，变形温度可控制在35‑59℃，可以在较低温度下具有较高的灵敏度，在短时间内实现电路的断开，安全性更高。

[0040] 本方案中制得的镍钛合金形变量可控，比如形变量可为10‑20%，也可为20‑35%，能满足不同应用场合的需求，可用于大空间如替代空气开关，或者用于微型器件，如微机电系统MEMS中。

[0041] 一种过载自动断路保护器，包括镍钛合金1、活动单元2、开关保护件3和壳体4，所述镍钛合金1、所述活动单元2和所述开关保护件3均可活动地安装于所述壳体4；

[0042] 常规状态下，所述镍钛合金1的一端与第一触点5活动连接，其另一端与第二触点6固定连接，所述活动单元2与所述开关保护件3连接，所述开关保护件3的两端与第三触点7和第四触点8连接，使得所述第一触点5、所述第二触点6、所述第三触点7和所述第四触点8依次电性连接，所述第一触点5和所述第四触点8与外界电性连接；

[0043] 过载或短路状态下，电流激增使所述镍钛合金1高于工作温度，其向所述活动单元2的一侧弯折，使得所述第一触点5和所述第二触点6不再电性连接，弯折后的所述镍钛合金
1挤压所述活动单元2使其带动所述开关保护件3移动，直至所述开关保护件3的两端不再与所述第三触点7和所述第四触点8连接，以实现电路的断开。

[0044] 近年来，随着新兴领域的快速发展，具有"双程形状记忆效应"的合金逐渐取代传统的驱动单元，这种效应使镍钛合金1无需外力介入即可在高温形状和低温形状之间往复变形，并且可以对外部施加力或做功，极大地降低了智能结构的体积和重量。本方案采用的镍钛合金1具有"双程形状记忆效应"，将其应用于断路保护器中，其作为电流传输单元，对温度敏感、反应迅速，并且可以有效地节省空间，使电气元件可以做到微型化，使用于如微机电系统等场合，增加应用场景。该镍钛合金1对环境的适应能力强，不容易受温度以外的其他因素影响，同时还具有反复使用的稳定性、耐腐蚀和机械性能都较为优异，使用寿命更长。

[0045] 本方案中，通过镍钛合金1和活动单元2的配合，促使开关保护件3实现电路的连通和断开。电路连通/常规状态下，镍钛合金1与第一触点5和第二触点6接触，开关保护件3与第三触点7和第四触点8连接，使得第一触点5、第二触点6、第三触点7和第四触点8之间形成电流通路，而第一触点5和第四触点8分别与外界的电器件电性连接；在过载或短路状态下，需要断开电路，电流激增使镍钛合金1的自身温度高于工作温度，镍钛合金1向活动单元2的一侧弯折，第一触点5和第二触点6断开，弯折后的镍钛合金1挤压活动单元2并带动开关保护件3移动，使开关保护件3的两端不与第三触点7和第四触点8连接，第一触点5、第二触点6、第三触点7和第四触点8之间的电路实现断开。

[0046] 活动单元2可以是下述的活动杠杆组件，也可以是活动杆组件，即当镍钛合金1高温变形时，由于活动单元2为可沿壳体4上下移动的活动杆，因此，镍钛合金1高温变形时会顶起活动单元2，再带动与其连接的开关保护件3向上滑动，使开关保护件3不再与第三触点7和第四触点8接触，这种结构一般在温度降低后会自动复位。

[0047] 进一步地，所述活动单元2包括活动连接件21、定轴活动杠杆22和复位按钮23，所述定轴活动杠杆22可转动的设置在所述壳体4内，且所述定轴活动杠杆22的一端夹持在所述活动连接件21和所述复位按钮23之间，其另一端与所述开关保护件3连接；

[0048] 如图1和图2所示，过载或短路状态下，电流激增使所述镍钛合金1高于工作温度，所述镍钛合金1向所述活动单元2的一侧弯折，所述第一触点5和所述第二触点6不再电性连接，且弯折后的所述镍钛合金1向上挤压所述活动连接件21，从而带动所述定轴活动杠杆22正向（顺时针）转动，同时所述复位按钮23向上凸出，所述定轴活动杠杆22转动时带动所述开关保护件3下移，其两端不再与所述第三触点7和所述第四触点8电性连接，以实现电路的断开；

[0049] 复位时，温度降低至所述镍钛合金1的工作温度，所述镍钛合金1恢复至初始形状，其两端与所述第一触点5和所述第二触点6连接，按压所述复位按钮23，带动所述定轴活动杠杆22反向（逆时针）转动，再带动所述开关保护件3上移，直至其两端与所述第三触点7和所述第四触点8再次连接，以实现电路的导通。

[0050] 本实施例中的活动单元2主要结构包括活动连接件21、定轴活动杠杆22和复位按钮23。电路连通/常规状态下，镍钛合金1分别与第二触点6和第一触点5连接；当过载或短路状态下，出现的电流激增会使镍钛合金1的自身温度高于工作温度，其活动端离开第一触点5断开电路并向活动单元2的活动连接件21方向变形，直至推动活动连接件21向上运动，同时带动定轴活动杠杆22沿壳体4正向旋转，使开关保护件3离开第三触点7和第四触点8；随着断路后焦耳热消散，镍钛合金1的温度逐渐降低回工作温度，其形状恢复，再次与第一触点5相连，但此时由于开关保护件3依然脱离线路（第三触点7和第四触点8），电路仍旧维持断开状态；当短路或过载故障排除后，再由人工按压复位按钮23，开关保护件3才会与第三触点7和第四触点8相连，电路恢复工作。

[0051] 综上，上述活动单元2结构的安全性更高，在短路或过载故障完全排除后，再由人工实现电路的导通，避免了反复短路或过载的情况。

[0052] 以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0053] 下述实施例中所有的过载自动断路保护器均采用同样的结构：其包括镍钛合金1、活动单元2、开关保护件3和壳体4，镍钛合金1、活动单元2和开关保护件3均可活动地安装于壳体4；活动单元2包括活动连接件21、定轴活动杠杆22和复位按钮23，定轴活动杠杆22可转动地设置在壳体4内，定轴活动杠杆22的一端夹持在活动连接件21和复位按钮23之间，其另一端与开关保护件3连接；

[0054] 常规状态下，镍钛合金1的一端与第一触点5活动连接，其另一端与第二触点6固定连接，活动单元2与开关保护件3连接，开关保护件3的两端与第三触点7和第四触点8连接，使得第一触点5、第二触点6、第三触点7和第四触点8依次电性连接，第一触点5和第四触点8与外界电性连接；

[0055] 过载或短路状态下，电流激增使镍钛合金1高于工作温度，镍钛合金1向活动单元2的一侧弯折，第一触点5和第二触点6不再电性连接，且弯折后的镍钛合金1向上挤压活动连接件21，从而带动定轴活动杠杆22正向（顺时针）转动，同时复位按钮23向上凸出，定轴活动杠杆22转动时带动开关保护件3下移，其两端不再与第三触点7和第四触点8电性连接，以实现电路的断开。实施例1

[0056] 一种如上述镍钛合金的制备方法，包括如下制备步骤：首先，按Ni‑Ti原子比为51：49的比例将金属镍与金属钛放入感应熔炼炉中制成液态合金并充分均质化，然后将液态合金注入到金属模具或连铸机中得到长条状坯料，对坯料进行冷拉工艺，通过拉拔机使坯料逐渐变细，得到镍钛合金丝，尺寸为15×0.5mm（长×直径）。

[0057] S1.将待处理的镍钛合金密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体‑高纯氩气，再于500℃下退火处理1h；

[0058] S2.将步骤S1后的镍钛合金丝密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体‑高纯氩气，将镍钛合金置于电阻炉中在900℃固溶处理0.5 h，再进行水淬；

[0059] S3.将步骤S2后的镍钛合金丝弯曲并固定至预设变形形状，固定好的镍钛合金置于箱式真空电阻炉中在390℃下时效30 h，再进行水淬，即制得具有双程形状记忆效应的镍钛合金。

[0060] 该镍钛合金丝的R相变（A→R）结束温度（Rf）为36.2°C，在室温状态下为R相状态，当温度升高时发生奥氏体相变(R→A)，相变开始温度(As)和结束温度(Af)分别为38.8℃和47.3℃，即当过载或短路造成的合金丝温度升高达38.8℃以上时，电路开始断开，同时该合金丝的形变量高至33%；当温度降低时随着R相变发生，NiTi合金丝恢复形状。该镍钛合金丝在100次升降温循环中的形变量衰减率为5.2%。
实施例2

[0061] 一种如上述镍钛合金的制备方法，包括如下制备步骤：首先，按Ni‑Ti原子比为50：50的比例将金属镍与金属钛放入感应熔炼炉中制成液态合金并充分均质化，然后将液态合金注入到金属模具或连铸机中得到长条状坯料，对坯料进行冷拉工艺，通过拉拔机使坯料逐渐变细，得到镍钛合金丝，尺寸为15×0.5 mm（长×直径）。

[0062] S1.将待处理的镍钛合金丝密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体如高纯氩气，再于550℃下退火处理1 h；

[0063] S2.将步骤S1后的镍钛合金密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体如高纯氩气，将镍钛合金置于电阻炉中在882℃固溶处理1 h，再进行水淬；

[0064] S3.将步骤S2后的镍钛合金弯曲并固定至预设变形形状，固定好的镍钛合金置于箱式真空电阻炉中在380℃下时效20 h，再进行水淬，即制得具有双程形状记忆效应的镍钛合金。

[0065] 该镍钛合金丝的R相变（A→R）结束温度（Rf）为49.5°C，在室温状态下为R相状态，当温度升高时发生奥氏体相变(R→A)，相变开始温度(As)和结束温度(Af)分别为53.1℃和64.4℃，即当过载或短路造成的合金丝温度升高达53.1℃以上时，电路开始断开，同时该合金丝的形变量为13%；当温度降低时随着R相变发生，镍钛合金丝恢复形状。该镍钛合金丝在
100次升降温循环中的形变量衰减率为4.3%。
实施例3

[0066] 一种如上述镍钛合金的制备方法，包括如下制备步骤：首先，按Ni‑Ti原子比为50.5：49.5的比例将金属镍与金属钛放入感应熔炼炉中制成液态合金并充分均质化，然后将液态合金注入到金属模具或连铸机中得到长条状坯料，对坯料进行冷拉工艺，通过拉拔机使坯料逐渐变细，得到镍钛合金丝，尺寸为15×0.5 mm（长×直径）。

[0067] S1.将待处理的镍钛合金丝密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体如高纯氩气，再于520℃下退火处理2 h；

[0068] S2.将步骤S1后的镍钛合金密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体如高纯氩气，将镍钛合金置于电阻炉中在855℃固溶处理0.6 h，再进行水淬；

[0069] S3.将步骤S2后的镍钛合金弯曲并固定至预设变形形状，固定好的镍钛合金置于箱式真空电阻炉中在390℃下时效100 h，再进行水淬，即制得具有双程形状记忆效应的镍钛合金。

[0070] 该镍钛合金丝的R相变（A→R）结束温度（Rf）为45.3°C，在室温状态下为R相状态，当温度升高时发生奥氏体相变(R→A)，相变开始温度(As)和结束温度(Af)分别为46.3℃和51.3℃，即当过载或短路造成的合金丝温度升高达46.3℃以上时，电路开始断开，同时该合金丝的形变量为19%；当温度降低时随着R相变发生，NiTi合金丝恢复形状。该镍钛合金丝在
100次升降温循环中的形变量衰减率为8.4%。
对比例

[0071] 本对比例中的过载自动断路保护器与实施例1‑3的结构均相同，不同之处在于：其采用的镍钛合金由镍钛合金丝替换为铜铝锌合金丝。

[0072] 一种铜铝锌合金的制备方法，包括如下制备步骤：首先，按Cu：Al：Zn原子比为50.2：47.1：2.7的比例将金属铜、锌、铝放入感应熔炼炉中制成液态合金并充分均质化，然后将液态合金注入到金属模具或连铸机中得到长条状坯料，对坯料进行冷拉工艺，通过拉拔机使坯料逐渐变细，得到Cu‑Al‑Zn合金丝，尺寸为15×0.5 mm（长×直径）。

[0073] S1.将待处理的铜铝锌合金密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体‑高纯氩气，再于850℃下退火处理20 h；

[0074] S2.将步骤S1后的铜铝锌合金丝密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体‑高纯氩气，将铜铝锌合金置于电阻炉中在750℃固溶处理15 min，先进行盐淬后再进行水淬；

[0075] S3.将步骤S2后的铜铝锌合金丝加热至90℃后进行0.8%的弯曲变形至预设变形形状，随后卸载，然后降温至50℃以下，并重复此步骤30次，即制得具有双程形状记忆效应的铜铝锌合金。

[0076] 该铜铝锌合金丝无R相变（A→R），其马氏体相变结束温度（Mf）为59.6℃，在室温状态下为马氏体相状态，当温度升高时发生奥氏体相变(M→A)，相变开始温度(As)和结束温度(Af)分别为80.5℃和98.8℃，即当铜铝锌合金丝温度升高达80.5℃以上时，电路才会断开，不符合实际使用需求。此外，该铜铝锌合金的形变量最高可达21%，但在100次升降温循环中，其形变量衰减率达35.0%，无法长期使用。

[0077] 将实施例1‑3及对比例的过载自动断路保护器进行性能检测，具体的检测结果如下表所示：

[0078]

[0079] 由上表的测试结果可知，本方案的镍钛合金丝应用在过载自动断路保护器时，在较低温度下仍较为敏感，形变量可达到13‑33%；镍钛合金丝的响应时间也更为迅速，在0.2 s之内便可以实现断电，安全性更好。

[0080] 由实施例1‑3与对比例的检测结果可知，相较于其他镍钛合金，镍钛合金的变形温度范围符合过载断路自动保护器的应用需求，在满足一定形变量的条件下疲劳稳定性有显著优势，响应速度也更快，且本方案可根据断路保护器的不同使用场景，如环境温度、空间大小等，选择具有不同变形温度和形变量的镍钛合金丝。此外，镍钛合金丝的尺寸也可根据应用条件有所选择。实施例4

[0081] 本实施例中各项制备步骤和参数均与实施例1相同，不同之处在于：步骤S1中的退火参数不同，参见下表：

[0082]

[0083] 将实施例4的过载自动断路保护器进行性能检测，具体的检测结果如下表所示：

[0084]

[0085] 由实施例1与实施例4的检测结果可知，本方案的镍钛合金丝在退火温度为550℃时的形变量较大，形变衰减率较低，其开始变形温度和响应速度维持在较佳状态。特别的，在550℃下退火2 h，获得的镍钛合金丝的上述效果最佳。实施例5

[0086] 本实施例中各项制备步骤和参数均与实施例1相同，不同之处在于：步骤S1中的固溶参数不同，参见下表：

[0087]

[0088] 将实施例5的过载自动断路保护器进行性能检测，具体的检测结果如下表所示：

[0089]

[0090] 由实施例1与实施例5的检测结果可知，本方案的镍钛合金丝在固溶温度为900℃时的形变量最大，形变衰减率最低，其开始变形温度和响应速度维持在较佳状态。特别的，在900℃下固溶处理0.5 h，获得的镍钛合金丝的上述效果最佳。实施例6

[0091] 本实施例中各项制备步骤和参数均与实施例1相同，不同之处在于：步骤S1中的时效处理的参数不同，参见下表：

[0092]

[0093] 将实施例6的过载自动断路保护器进行性能检测，具体的检测结果如下表所示：

[0094]

[0095] 由实施例1与实施例6的检测结果可知，本方案的镍钛合金丝在时效处理的温度为390℃时的形变量最大，但形变衰减率也最大；本方案的镍钛合金丝在时效处理的温度为
320℃时的形变量最低，形变衰减率也最低；本方案的镍钛合金丝在时效处理的温度为340℃时的形变量较大，同时形变衰减率也较低。在实际应用场景中，可以根据自动断路保护器所处环境温度和空间尺寸挑选时效参数。特别的，在340℃下时效处理120 h，能够在接近零衰减（0.3%）的条件下获得高至33%的形变量、低温敏感性和高响应速率。
实施例7

[0096] 本实施例中各项制备步骤和参数均与实施例1相同，不同之处在于：步骤S1中的Ni‑Ti原子比不同，参见下表：

[0097]

[0098] 将实施例7的过载自动断路保护器进行性能检测，具体的检测结果如下表所示：

[0099]

[0100] 由实施例1与实施例7的检测结果可知，本方案的镍钛合金丝在Ni‑Ti原子比为（50.6‑51）：（49‑49.4）的比例时的形变量较大、低温敏感性更好，在Ni‑Ti原子比为（50‑50.4）：（51‑49.6）的比例时的高温适用性更好、形变衰减率较低。特别的，在51：49时，获得的镍钛合金丝具有最大形变量。
实施例8

[0101] 一种如上述镍钛合金的制备方法，包括如下制备步骤：首先，按Ni‑Ti原子比为51：49的比例将金属镍与金属钛放入感应熔炼炉中制成液态合金并充分均质化，然后将液态合金注入到金属模具或连铸机中得到长条状坯料，对坯料进行冷拉工艺，通过拉拔机使坯料逐渐变细，得到镍钛合金丝，尺寸为15×0.5 mm（长×直径）。

[0102] S1.将待处理的镍钛合金密封在真空石英管内，抽真空至<5×10‑3 Pa，充入惰性气体‑高纯氩气，再于550℃下退火处理2 h；

[0103] S2.将步骤S1后的镍钛合金丝密封在真空石英管内，抽真空至5×10‑3 Pa，充入惰性气体‑高纯氩气，将镍钛合金置于电阻炉中在900℃固溶处理0.5 h，再进行水淬；

[0104] S3.将步骤S2后的镍钛合金丝弯曲并固定至预设变形形状，固定好的镍钛合金置于箱式真空电阻炉中在340℃下时效处理120 h，再进行水淬，即制得具有双程形状记忆效应的镍钛合金。

[0105] 该镍钛合金丝的R相变（A→R）结束温度（Rf）为45.6℃，在室温状态下为R相状态，当温度升高时发生奥氏体相变(R→A)，相变开始温度(As)和结束温度(Af)分别为50.2℃和59.3℃，即当过载或短路造成的合金丝温度升高达50.2℃以上时，电路开始断开，同时该合金丝的形变量为35%；当温度降低时随着R相变发生，镍钛合金丝恢复形状。该镍钛合金丝在
100次升降温循环中的形变量衰减率为0.2%。

[0106] 将实施例8的过载自动断路保护器进行性能检测，具体的检测结果如下表所示：

[0107]

[0108] 由上表的测试结果可知，通过对Ni‑Ti原子比、时效参数、固溶参数和退火参数等的进一步优选，可使获得的镍钛合金应用于过载自动断路保护器，其在一定温度条件下（50℃左右）同时具有大形变量（35%）和近零形变衰减率，并保持高的响应速率。

[0109] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。