铜合金及其制造方法技术

本说明书中公开的铜合金的基本合金组成为Cu100‑(x+y)SnxAly(其中，满足8≦x≦12、8≦y≦9)，其以固溶有Al的βCuSn相为主相，该βCuSn相通过热处理或加工而进行马氏体相变。此外，本说明书中公开的铜合金的制造方法是通过热处理或加工而进行马氏体相变的铜合金的制造方法，其至少包含铸造工序和均质化工序中的铸造工序，所述铸造工序为将含有Cu、Sn和Al且基本合金组成为Cu100‑(x+y)SnxAly(其中，满足8≦x≦12、8≦y≦9)的原料进行熔化铸造而得到铸造材料的工序，所述均质化工序为将铸造材料在βCuSn相的温度区域内进行均质化处理而得到均质化材料的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜合金及其制造方法
本说明书中公开的专利技术涉及铜合金及其制造方法。
技术介绍
以往，作为铜合金，提出了具有形状记忆特性的铜合金(例如，参照非专利文献1、2等)。作为这样的铜合金，可举出Cu-Zn系合金、Cu-Al系合金、Cu-Sn系合金等。这些铜系记忆合金都具有在高温下稳定的被称为β相(具有与bcc关联的晶体结构的相)的母相，该母相中，合金元素有序排列。如果对该β相进行急冷，使其以准稳定的状态达到常温附近并进一步冷却，则会产生马氏体相变，晶体结构瞬间发生变化。现有技术文献非专利文献非专利文献1：纤维机械学会志，42(1989)，587非专利文献2：金属学会会报，19(1980)，323
技术实现思路
专利技术所要解决的课题这些铜合金中，Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Al-Mn系铜合金在原料价格方面是廉价而有利的，但恢复率不如作为一般的形状记忆合金的Ni-Ti合金那么高。但对于该Ni-Ti合金而言，虽然显示优异的SME特性，即高恢复率，但由于含有大量Ti因而价格高，此外其导热性和导电性低，只能在100℃以下的低温使用。Cu-Sn系合金存在如下问题：因室温时效，内部结构随时间发生变化，形状记忆特性会发生变化。因室温时效而产生Sn的扩散，会析出富Sn的s相、s相粗大化而成的L相，因此，有时形状记忆特性容易发生变化。s相、L相是富Sn相，随着共析相变的进行，有可能产生γCuSn、δCuSn、εCuSn等析出物。因此，Cu-Sn系合金由于仅仅是在常温附近的较低温度下放置，相变温度就会大幅变化等特性的经时变化大，因而除了基础研究之外没有运用于实用化。这样，在约500～700℃的高温区域发生逆相变的显示应力诱发马氏体相变的铜合金，至今为止尚未实用化。本公开的专利技术是为了解决这样的课题而提出的，其主要目的在于，对于Cu-Sn系合金，提供稳定地表现形状记忆特性的新的铜合金及其制造方法。用于解决课题的方法本说明书中公开的铜合金及其制造方法，为了实现上述的主要目的而采用了以下的方法。本说明书中公开的铜合金的基本合金组成为Cu100-(x+y)SnxAly(其中，满足8≦x≦12、8≦y≦9)，其以固溶有Al的βCuSn相为主相，该βCuSn相通过热处理或加工而进行马氏体相变。本说明书中公开的铜合金的制造方法是通过热处理或加工而进行马氏体相变的铜合金的制造方法，其至少包含铸造工序和均质化工序中的所述铸造工序，所述铸造工序为将含有Cu、Sn和Al且基本合金组成为Cu100-(x+y)SnxAly(其中，满足8≦x≦12、8≦y≦9)的原料进行熔化铸造而得到铸造材料的工序，所述均质化工序为将上述铸造材料在βCuSn相的温度区域内进行均质化处理而得到均质化材料的工序。专利技术的效果本公开的铜合金及其制造方法能够提供稳定地表现形状记忆特性的新的Cu-Sn系铜合金及其制造方法。得到这样的效果的理由，例如可如下推测。例如，可推测是因为通过添加元素的Al，常温下合金的β相更加稳定。此外，可推测通过Al的添加，从而抑制因位错导致的滑动变形，阻碍塑性变形，使得恢复率更加提高。附图说明图1是Cu-Sn系合金的实验性二元相图。图2是与恢复率测定相关的各角度的说明图。图3是实验例1的合金箔的形状记忆特性的宏观观察结果。图4是实验例1的合金箔的光学显微镜观察结果。图5是实验例1的各温度与弹性+加热恢复率之间的关系图。图6是实验例1的各温度与加热恢复率之间的关系图。图7是实验例2的合金箔的形状记忆特性的宏观观察结果。图8是实验例2的合金箔的光学显微镜观察结果。图9是实验例1的XRD测定结果。图10是实验例2的XRD测定结果。图11是实验例1的TEM观察结果。图12是实验例2的TEM观察结果。具体实施方式[铜合金]本说明书中公开的铜合金的基本合金组成为Cu100-(x+y)SnxAly(其中，满足8≦x≦12、8≦y≦9)，以固溶有Al的βCuSn相为主相，该βCuSn相通过热处理或加工而进行马氏体相变。这里，所谓主相是指在占整体中所含最多的相，例如，可以是含有50质量％以上的相，也可以是含有80质量％以上的相，也可以是含有90质量％以上的相。该铜合金中，含有95质量％以上的βCuSn相，更优选含有98质量％以上的βCuSn相。该铜合金可以是在500℃以上的温度进行处理后进行冷却而得到的，可以在熔点以下的温度具有形状记忆效果和超弹性效果中的一种以上。该铜合金由于主相为βCuSn相，因而能够表现形状记忆效果、超弹性效果。或者，该铜合金也可以在表面观察中，以面积比计50％以上100％以下的范围含有βCuSn相。也可以这样通过表面观察来求出主相。该βCuSn相的面积比可以为95％以上，更优选为98％以上。该铜合金最优选作为单相含有βCuSn相，但也可以含有其他相。该铜合金可以是Sn为8at％以上12at％以下的范围，Al为8at％以上9at％以下的范围，剩余部分为Cu和不可避免的杂质的铜合金。如果含有8at％以上的Al，则能够更加提高自恢复率。此外，如果含有9at％以下的Al，则能够更加抑制导电率的下降、自恢复率的下降等。此外，如果含有8at％以上的Sn，则能够更加提高自恢复率。此外，如果含有12at％以下的Sn，则能够更加抑制导电率的下降、自恢复率的下降等。作为不可避免的杂质，可举出例如Fe、Pb、Bi、Cd、Sb、S、As、Se、Te中的一种以上等，这样的不可避免的杂质的合计优选为0.5at％以下，更优选为0.2at％以下，进一步优选为0.1at％以下。该铜合金的弹性恢复率(％)优选为40％以上，所述弹性恢复率(％)是根据将平板状的铜合金以弯曲角度θ0弯曲后除去负荷时的角度θ1来求出的。作为形状记忆合金、超弹性合金，弹性恢复率优选为40％以上。需说明的是，该弹性恢复率为18％以上时，可以判断为不是单纯的塑性变形，而是存在因马氏体的逆相变所带来的恢复(形状记忆特性)。该弹性恢复率越高越优选，例如，优选为45％以上，更优选为50％以上。需说明的是，弯曲角度θ0为45°。弹性恢复率RE[％]＝(1-θ1/θ0)×100…(数式1)对于该铜合金，加热恢复率(％)优选为40％以上，所述加热恢复率(％)是根据将平板状的铜合金以弯曲角度θ0弯曲后，加热至基于βCuSn相确定的预定的恢复温度时的角度θ2来求出的。作为形状记忆合金、超弹性合金，加热恢复率优选为40％以上。加热恢复率还可以使用上述除去负荷时的角度θ1通过下述式来求出。该加热恢复率越高越优选，例如，优选为45％以上，更优选为50％以上。用于使其恢复的加热处理，例如，优选在500℃以上800℃以下的范围进行。加热处理的时间取决于铜合金的形状、尺寸，也可以设为较短的时间，例如，可以设为10秒以下。加热恢复率RT[％]＝(1-θ2/θ1)×100…(数式2)对于该铜合金，弹性加热恢复率(％)优选为80％以上，所述弹性加热恢复率(％)是根据将平板状的铜合金以弯曲角度θ0弯曲后除去负荷时的角度θ1、进一步加热到基于βCuSn相确定的预定的恢复温度时的角度θ2来求出的。作为形状记忆合金、超弹性合金，弹性加热恢复率优选为80％以上。弹性加热恢复率[％]还可以使用平均弹性恢复率通过下述式来求出。该弹性加热恢复率越高越本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜合金，其基本合金组成为Cu100‑(x+y)SnxAly，其中，满足8≦x≦12、8≦y≦9，该铜合金以固溶有Al的βCuSn相为主相，该βCuSn相通过热处理或加工而进行马氏体相变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 US 62/313,2281.一种铜合金，其基本合金组成为Cu100-(x+y)SnxAly，其中，满足8≦x≦12、8≦y≦9，该铜合金以固溶有Al的βCuSn相为主相，该βCuSn相通过热处理或加工而进行马氏体相变。2.如权利要求1所述的铜合金，其在熔点以下的温度具有形状记忆效果和超弹性效果中的一种以上。3.如权利要求1或2所述的铜合金，其弹性恢复率以百分比计为40％以上，所述弹性恢复率是通过将平板状的所述铜合金以弯曲角度θ0弯曲后除去负荷时的角度θ而求出的。4.如权利要求1～3中任一项所述的铜合金，其加热恢复率以百分比计为40％以上，所述加热恢复率是通过将平板状的所述铜合金以弯曲角度θ0弯曲后，加热到基于βCuSn相确定的预定的恢复温度时的角度θ而求出的。5.如权利要求1～4中任一项所述的铜合金，其弹性加热恢复率以百分比计为80％以上，所述弹性加热恢复率是通过将平板状的所述铜合金以弯曲角度θ0弯曲后除去负荷时的角度θ1、进一步加热到基于βCuSn相确定的预定的恢复温度时的角度θ2而求出的。6.如权利要求1～5中任一项所述的铜合金，其在表面观察中，以面积比计为50％以上100％以下的范围含有所述βCuSn相。7.如权利要求1～6中任一项所述的铜合金，其包含多晶或单晶。8.如权利要求1～7中任一项所述的铜合金，其为将铸造材料均质化而成的均质化材料。9.一种铜合金的制造方法，是通过热处理或加工而进行马氏体相变的铜合金的制造方法，其至少包含铸造工序和...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹田真帆人，佐佐木功大，村松尚国，中岛崇成，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，国立大学法人横滨国立大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP