形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料及制备方法技术

本发明专利技术提供一种形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料及制备方法，由以下步骤制备而成步骤一：选择微米级

Shape Memory Alloy Particle Reinforced Copper Matrix Composite and Its Preparation Method

The invention provides a shape memory alloy particle reinforced copper matrix composite material and a preparation method. The preparation process consists of the following steps: selecting micron scale;

【技术实现步骤摘要】
形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料及制备方法
本专利技术涉及一种复合材料及制备方法，尤其涉及一种形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料及制备方法。
技术介绍
形状记忆合金(Shapememoryalloy，SMA)具有独特的形状记忆效应和超弹性，在航空航天、仪表、控温、医疗、人造卫星等各个领域具有广泛的应用。其中以NiTi合金为代表的形状记忆合金由于具有良好的形状记忆效应、超弹性、机械性能和耐腐蚀性能，一直在形状记忆合金领域中占有主导地位。NiTi合金在降温和升温过程中分别发生热弹性马氏体相变(奥氏体→马氏体)和逆相变(马氏体→奥氏体)，这是合金形状记忆效应和超弹性的基础，马氏体和奥氏体具有不同的弹性模量、强度和硬度，这为同一材料在不同温度下的应用提供了设计上的灵活性。目前NiTi合金通过加热发生马氏体→奥氏体逆相变实现的形状记忆效应仍旧是该类合金主要的功能特性。但是由于相变过程由温度控制，导致NiTi合金响应的频率低(～Hz)，不利于实际应用。此外，此类合金价格昂贵、应用成本高、且加工难度大，因此国内外研究人员提出将NiTi合金与一些应用成本低、易于加工、导热性好的基体材料进行复合，通过制备复合材料的方法来解决这些问题。在以往的报道中，NiTi合金丝与树脂的复合材料得到了广泛关注和研究，研究发现，由于树脂基体与NiTi合金界面结合为物理结合，因此界面结合较差，在一定程度上影响NiTi合金与基体之间的应力和应变的传递，此外树脂的导热性较差，从而无法有效提高材料的响应频率。与树脂相比，金属基体与NiTi合金可以发生一定的化学反应，界面结合更容易调控。因此，将金属材料作为基体制备金属基复合材料是目前NiTi合金复合材料发展的一个重要方向。目前已经有将NiTi合金丝与铝合金、镁合金或钛合金基体复合制备复合材料的报道，结果表明NiTi合金可以与金属基体发生一定的界面反应，从而提高界面的应力和应变传递，改善复合材料的性能。但是由于采用NiTi合金丝材制备复合材料，导致复合材料存在强的各向异性。如果采用NiTi颗粒制备复合材料可以有效解决材料的各项异性问题，目前NiTi颗粒复合材料的报道较少，基体选用的主要为金属铝。与铝相比，铜具有更好的导热率、导电率和加工性能。因此本专利技术提出将NiTi颗粒与金属铜复合，采用粉末冶金法制备复合材料，通过铜提高复合材料的导热性能和加工性能，利用NiTi颗粒增强铜基体的力学强度，同时赋予复合材料马氏体相变特性。以往我们采用无压烧结法(冷压+高温烧结)制备了磁性记忆合金颗粒/铜复合材料，研究发现，此方法由于烧结温度高、烧结时间长、烧结过程中无法加压，导致磁性记忆合金颗粒与基体界面反应强烈、复合材料中孔洞缺陷较多等问题。因此本专利技术提出采用烧结温度低、烧结时间短、烧结过程可以施加压力的放电等离子体烧结方法(SPS)制备NiTi颗粒增强铜基复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种具有马氏体相变特性、高强度和大塑性的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料及制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料，由以下步骤制备而成：步骤一：选择微米级<100μm的形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒；步骤二：将形状记忆合金颗粒与铜粉颗粒机械混合20～80分钟得到混合粉末；步骤三：将混合粉末置于石墨模具中利用放电等离子体烧结法得到形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料。本专利技术还包括这样一些特征：1.所述形状记忆合金颗粒的质量分数为10～60％；2.所述形状记忆合金为NiTi合金，所述形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒为雾化成型的球形颗；3.所述放电等离子体烧结法的反应温度为700～850℃、压强为40～60MPa，时间Wie5～10min。一种形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：选择微米级<100μm的形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒；步骤二：将形状记忆合金颗粒与铜粉颗粒机械混合20～80分钟得到混合粉末；步骤三：将混合粉末置于石墨模具中利用放电等离子体烧结法得到形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料。所述形状记忆合金颗粒的质量分数为10～60％；所述形状记忆合金为NiTi合金，所述形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒为雾化成型的球形颗粒；所述放电等离子体烧结法的反应温度为700～850℃、压强为40～60MPa，时间Wie5～10min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料与纯铜相比强度得到显著提高，同时保持与纯铜相近的大塑性变形。(2)本专利技术的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料具有马氏体相变特性。(3)本专利技术的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料的制备方法与无压烧结法相比具有烧结时间短、烧结温度低、烧结过程可以加压的优点，可以明显降低界面反应并提高生产效率。附图说明图1是NiTi颗粒/Cu复合材料的制备与性能表征示意图；图2是不同含量NiTi颗粒/Cu复合材料扫描电镜照片：(a)烧结纯Cu、(b)20％含量复合材料、(c)30％含量复合材料、(d)40％含量复合材料、(e)40％含量复合材料(腐蚀NiTi颗粒)、(f)40％含量复合材料(腐蚀Cu基体)；图3是不同含量NiTi颗粒/Cu复合材料(20％、30％和40％)和NiTi颗粒的室温XRD衍射图谱；图4是不同含量NiTi颗粒/Cu复合材料(20％、30％和40％)和纯Cu的压缩应力-应变曲线；图5是不同含量NiTi颗粒/Cu复合材料(20％、30％和40％)和NiTi颗粒的DSC曲线。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。一种形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料及制备方法，(1)选择微米级(<100μm)形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒；(2)形状记忆合金颗粒的质量分数选择为10～60％；(3)将形状记忆合金颗粒与铜粉颗粒机械混合20～80min；(4)将混合均匀的粉末置于石墨模具中利用放电等离子体烧结的方法于700～850℃、40～60MPa下烧结5～10min，得到形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料；所述步骤(1)中选用的形状记忆合金为NiTi合金；所述步骤(1)中选用的形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒为雾化成型的球形颗粒；所述步骤(4)中复合材料的制备工艺为放电等离子体烧结法；所述步骤(4)中得到的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料具有马氏体相变特性。本专利技术的目的在于提供一种具有马氏体相变特性、高强度和大塑性的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料。同时还提供一种烧结温度低、烧结时间短的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料的制备方法。(1)选择颗粒尺寸小于50微米的雾化球形Cu粉末；(2)选择颗粒尺寸小于100微米的雾化球形Ni50Ti50粉末；(3)将Cu粉与NiTi颗粒利用高速摆振球磨机(转速1400转/分钟)混合30分钟得到混合粉末，NiTi颗粒的质量分数分别为20％、30％和40％；(4)将Cu粉与NiTi颗粒的混合粉末置于石墨模具中，利用放电等离子体烧结炉于800℃、40MPa在真空条件下烧结5min，得到NiTi颗粒/Cu复合材料。为了与烧结纯Cu块材进行对比，采用相同的烧结方法制备Cu块材。复合材料制备流程如图1所示。(5)通过扫描电镜观察烧结纯Cu和NiTi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料，其特征是，由以下步骤制备而成：步骤一：选择微米级<100μm的形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒；步骤二：将形状记忆合金颗粒与铜粉颗粒机械混合20～80分钟得到混合粉末；步骤三：将混合粉末置于石墨模具中利用放电等离子体烧结法得到形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料，其特征是，由以下步骤制备而成：步骤一：选择微米级<100μm的形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒；步骤二：将形状记忆合金颗粒与铜粉颗粒机械混合20～80分钟得到混合粉末；步骤三：将混合粉末置于石墨模具中利用放电等离子体烧结法得到形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料。2.根据权利要求1所述的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料，其特征是，所述形状记忆合金颗粒的质量分数为10～60％。3.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料，其特征是，所述形状记忆合金为NiTi合金，所述形状记忆合金颗粒和铜粉颗粒为雾化成型的球形颗粒。4.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料，其特征是，所述放电等离子体烧结法的反应温度为700～850℃、压强为40～60MPa，时间Wie5～10min。5.根据权利要求3所述的形状记忆合金颗粒增强铜基复合材料，其特征是，所述放电等离子体烧结法的反应温度为700～850℃、压强为40～60MPa，时间Wie5～10min。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：田兵，刘朝信，王俊淞，佟运祥，李莉，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23