一种铜锰镓基单晶合金材料制造技术

本发明专利技术公开了一种铜锰镓基单晶合金材料，具有厘米级别的超大晶粒结构，由多晶结构的铸态合金经700～820℃的单一相区进行1～30h的退火后获得，该铸态合金包括如下重量百分比的组分：铜60～67％，锰11～19％，镓15～24％，可选金属0.2～5％。本发明专利技术中四元合金发生相分离现象，故合金中除了L21‑(Cu2MnGa)相外，还存在非常细小的富可选金属的析出相，该种析出相的存在是促使合金在高温热处理时形成超大晶粒决定性因素。

A copper manganese gallium based single crystal alloy

The present invention discloses a copper manganese gallium based single crystal alloy material, which has a superlarge grain structure of centimeter level. The cast alloy of polycrystalline structure is obtained after 1 ~ 30h annealing at a single phase area of 700~820 degrees C. The cast alloy includes the components of the following weight percentage: Copper 60 to 67%, manganese 11 to 19%, gallium 15 to 24%, The metal was selected from 0.2 to 5%. In this invention, the phase separation of four element alloy occurs, so in addition to the L21 Cu2MnGa phase, there is a very fine precipitated phase of the rich and selective metal. The existence of the precipitate is the decisive factor for the formation of the superlarge grain in the heat treatment of the alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种铜锰镓基单晶合金材料
本专利技术属于金属单晶合金
，具体涉及一种铜锰镓基单晶合金材料。
技术介绍
单晶合金通常具有比多晶合金更为优异的力学和功能特性，因此具有广阔的应用前景。金属材料通过传统的热处理工艺(熔炼、凝固、退火)都是多晶结构，其块材单晶合金往往只能通过一些特殊的设备和工艺才能获得，比如定向凝固工艺(1、Otsuka，K.，Wayman，C.M.，Nakai，K.，Sakamoto，H.&Shimizu，K.Superelasticityeffectsandstress-inducedmartensitictransformationsinCu-Al-Nialloys.ActaMetall.24，207-226，1976；2、Saburi，T.，Inada，Y.，Nenno，S.&Hori，N.Stress-inducedmartensitictransformationsinCu-Zn-AlandCu-Zn-Gaalloys.J.Phys.43，633-638，1982；3、Kato，H.，Dutkiewicz，J.&Miura，S.SuperelasticityandshapememoryeffectinCu-23at.％Al-7at.％Mnalloysinglecrystals.ActaMetall.Mater.42，1359-1365，1994；4、Kato，H.，Ozu，T.，Hashimoto，S.，Miura，S.Cyclicstress-strainresponseofsuperelasticCu-Al-Mnalloysinglecrystals.Mater.Sci.Eng.A.264，245-253，1999；5、Thereorientationofthe2HmartensitephaseinCu-Al-Mnshapememorysinglecrystalalloy.Mater.Sci.Eng.A.481-482，526-531，2008)。一些金属材料在经过宏观变形后退火或动态再结晶时会发生晶粒异常长大现象，从而可以获得单晶材料，但是这些方法仅仅能获得一些形状简单的片材或者线材(1、Goss，N.P.Newdevelopmentinelectricalstripsteelscharacterizedbyfinegrainstructureapproachingthepropertiesofasinglecrystal.Trans.ASM23，511-531，1934；2、Humphreys，F.J.&Hatherly，M.inRecrystallizationandrelatedannealingphenomena(Elsevier，Oxford，ed.2，2004；3、Padilha，A.F.，Plaut，R.L.&Rios，P.R.Annealingofcold-workedausteniticstainlesssteels.ISIJInt.43，135-143，2003；4、Ciulik，J.&Taleff，E.M.Dynamicabnormalgraingrowth：Anewmethodtoproducesinglecrystal.Scr.Mater.61，895-898，2009)，而且过程比较复杂，工艺繁琐，成本高，且不能获得块材的单晶材料，故不利于实际应用。日本的Omori等人发现一种铜铝锰三元合金材料，其成分范围为(质量比)7.8％～8.8％的铝，7.2％～14.3％的锰，余量为铜(1、Omori，T.etal.Abnormalgraingrowthinducedbycyclicheattreatment.Science341，1500-1502，2013；2、Kusama，T.，etal.Ultra-largesinglecrystalsbyabnormalgraingrowth.Nat.Comm.8，354-(1-9)，2017)。该种合金材料不需要经过宏观变形，通过数十次热循环即可获得超大晶粒组织，其热循环过程为：首先铸态合金在高温900℃单一相区进行均质化热处理，然后将合金缓慢冷却(冷却速度为0.5℃/分钟～3.3℃/分钟)到500℃、740℃或760℃，然后在缓慢升温(升温速度为10℃/分钟)到900℃短时保温，按照上述工艺进行数十次循环热处理后淬火。但是上述循环热处理工艺不仅耗时而且工艺极为繁琐，对升降温速率要求非常严格，不利于实际的生产应用。到目前为止，金属单晶合金的应用并不多，主要集中在航空航天等领域，这主要是因为金属单晶合金，尤其是块材单晶合金仅仅通过特殊设备和工艺材料才可获得，其生产效率低且成本昂贵。因此开发可通过简单工艺即可获得块材单晶的金属合金材料具有非常重要的理论意义和非常广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种铜锰镓基单晶合金材料。本专利技术的技术方案如下：一种铜锰镓基单晶合金材料，具有厘米级别的超大晶粒结构，由多晶结构的铸态合金经700～820℃的单一相区进行1～30h的退火后获得，该铸态合金包括如下重量百分比的组分：铜60～67％，锰11～19％，镓15～24％，可选金属0.2～5％，其中，上述可选金属与铜存在液相两相分离，其自身具有体心立方结构或能与锰、镓形成体心立方结构，且能够使合金发生体心立方的相分离现象。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述铸态合金由如下重量百分比的组分组成：铜60～67％，锰11～19％，镓15～24％，可选金属0.2～5％。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述铸态合金包括如下重量百分比的组分：铜62～65％，锰13～19％，镓18～21％，可选金属0.2～2％。进一步优选的，所述铸态合金由如下重量百分比的组分组成：铜62～65％，锰13～19％，镓18～21％，可选金属0.2～2％。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述可选金属为铁、钼、钨、钒或铬，当可选金属为铁时，可选金属在所述铸态合金中的重量百分比为0.2～2％；当可选金属为钼时，可选金属在所述铸态合金中的重量百分比为0.2～1％；当可选金属为钨时，可选金属在所述铸态合金中的重量百分比为0.2～0.5％；当可选金属为钒时，可选金属在所述铸态合金中的重量百分比为0.2～1％；当可选金属为铬时，可选金属在所述铸态合金中的重量百分比为0.2～1％。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述退火的温度为700～750℃。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述退火的时间为12～24h。本专利技术的有益效果是：1、现有技术中，Omori等人所报道的是铜铝锰三元合金，现有技术专利技术的是铜锰镓基四元合金(第四可选金属元素为铁、钼、钨、钒或铬)。Omori等人所报道的三元合金是无序体心立方(A2)结构，本专利技术所获得单晶合金具有高度有序的Heusler-L21(Cu2MnGa)结构。本专利技术中四元合金发生相分离现象，故合金中除了L21相外，还存在非常细小的富第四种可选金属元素的析出相(其尺寸在十几纳米到十几微米之间)，该种析出相的存在是促使合金在高温热处理时形成超大晶粒决定性因素。2、现有技术中，O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜锰镓基单晶合金材料，其特征在于：具有厘米级别的超大晶粒结构，由多晶结构的铸态合金经700～820℃的单一相区进行1～30h的退火后获得，该铸态合金包括如下重量百分比的组分：铜60～67％，锰11～19％，镓15～24％，可选金属0.2～5％，其中，上述可选金属与铜存在液相两相分离，其自身具有体心立方结构或能与锰、镓形成体心立方结构，且能够使合金发生体心立方的相分离现象。

【技术特征摘要】
1.一种铜锰镓基单晶合金材料，其特征在于：具有厘米级别的超大晶粒结构，由多晶结构的铸态合金经700～820℃的单一相区进行1～30h的退火后获得，该铸态合金包括如下重量百分比的组分：铜60～67％，锰11～19％，镓15～24％，可选金属0.2～5％，其中，上述可选金属与铜存在液相两相分离，其自身具有体心立方结构或能与锰、镓形成体心立方结构，且能够使合金发生体心立方的相分离现象。2.如权利要求1所述的一种铜锰镓基单晶合金材料，其特征在于：所述铸态合金由如下重量百分比的组分组成：铜60～67％，锰11～19％，镓15～24％，可选金属0.2～5％。3.如权利要求1所述的一种铜锰镓基单晶合金材料，其特征在于：所述铸态合金包括如下重量百分比的组分：铜62～65％，锰13～19％，镓18～21％，可选金属0.2～2％。4.如权利要求3所述的一种铜锰镓基单晶合金材料，其特征在于：所述铸态...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨水源，池梦媛，陈信任，王翠萍，刘兴军，张锦彬，黄艺雄，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35