一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末及其应用；4D打印的铜基形状记忆合金粉末由以下质量百分含量组成，Al:9～13％；Mn:3～5％；Nb:0.08～2.0％；余量为铜和不可避免的杂质元素，其基体为近球形粉末，粒度分布为9～43.2μm，赘生物指数为0的粉末体积分数超过60％，钝度指数为0.8的粉末超过66％，延伸度大于0.7的超过90％。本发明专利技术通过合理控制三元CuAlMn形状记忆合金粉末的基体元素，并添加微量第四元合金元素Nb，借助4D打印方式，成形件不仅具有高的物理特性，还具有优良的形状记忆性能，致密度可达98.4～99.7％，在4％～8％预变形下，形状回复率为94～100％，形状记忆应变为2～5.5％，同时合理调控相变温度，极大降低实际使用过程中的成本，粉末设计更加灵活，满足增材制造行业低成本、高性能的需求。高性能的需求。高性能的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末及其应用


[0001]本专利技术涉及形状记忆材料
，尤其涉及一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末及其应用。

技术介绍

[0002]形状记忆合金作为一种新型的功能材料，具有特殊的形状记忆效应、超弹性、阻尼等特点被广泛应用于航空航天，生物医学，机械，化工等领域。其中NiTi合金作为最常见的形状记忆合金，其价格高昂、相变温度低，可加工性差等限制了进一步的应用。
[0003]而铜基形状记忆合金相变温度范围广、价格低廉，耐热稳定性，且恢复力大逐渐成为NiTi合金的替代品。但是，传统的制备方法(如熔炼铸造，粉末冶金等)合金晶粒尺寸较大使得样品塑性差，易脆性断裂和马氏体稳定化。增材制造是利用计算机绘制三维模型，并进行分层制造，过程冷却速度快，能够有效细化晶粒，提高材料性能，同时可进行复杂形状的制备，通过合理的参数优化和外界刺激可实现形状、功能的动态调节。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末及其应用。
[0005]本专利技术通过合理控制三元CuAlMn形状记忆合金粉末的基体元素，并添加微量第四元合金元素Nb，借助4D打印方式，成形件不仅具有高的物理特性，还具有优良的形状记忆性能，致密度可达98.4～99.7％，在4％～8％预变形下，形状回复率为94～100％，形状记忆应变为2～5.5％，同时合理调控相变温度，极大降低实际使用过程中的成本，粉末设计更加灵活，满足增材制造行业低成本、高性能的需求。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末，由以下质量百分含量组成，Al:9～13％；Mn:3～5％；Nb:0.08～2.0％；余量为铜和不可避免的杂质元素。通过合金控制CuAlMn基体元素，使得其高温下为单一的β相，进而具备形状记忆效应，同时添加微量合金元素Nb，可以形成富Nb的析出，强化基体，调控相变温度。
[0008]优选地，借助具有超声震动功能的筛粉设备对粉末进行不同粒度的搭配、优化：铜基形状记忆合金粉末D
10
＝9～11.2μm、D
50
＝20.4～22.4μm、D
90
＝35.5～43.2μm。合理的粒度搭配，有效提高粉末的流动性，进而提高成型性。
[0009]优选地，所述铜基形状记忆合金粉末的赘生物指数为0(即没有卫星粉)的粉末体积分数为60～71％，赘生物指数为10的粉末体积分数为16～18％，赘生物指数为20的粉末体积分数为23～26％，赘生物指数为30的粉末体积分数为2～4％。
[0010]优选地，所述铜基形状记忆合金粉末的钝度指数为0.8的粉末占比大于66％。对粉末球形度要求不高，降低制造成本。
[0011]优选地，所述铜基形状记忆合金粉末的延伸度大于0.7的占比超过90％。粉末为球
形或近球形，降低制造成本。
[0012]上述铜基形状记忆合金粉末在4D打印制备形状记忆合金中的应用。
[0013]优选地，应用过程的参数条件为：基板预热150～200℃，激光功率为100～250W；激光扫描速度为400～900mm/s，扫描间距为0.09mm，层厚为0.03～0.05mm，扫描策略为旋转67
°
。合理控制打印参数，减少打印过程中热应力过大完成的开裂等问题；在所选取的参数下成型的样品，室温下为单一的马氏体相，具有良好的形状记忆效应，致密度较高。
[0014]优选地，所述4D打印制备铜基形状记忆合金，致密度可达98.4～99.7％，在室温下为完全的马氏体状态，在4～8％的预变形下，其回复率为94％～100％，形状记忆应变为2％～5.5％，压缩断裂强度为1562～1652MPa。
[0015]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0016]本专利技术通过合金控制CuAlMn基体元素，使得其高温下为单一的β相，进而具备形状记忆效应，同时添加微量合金元素Nb，可以形成富Nb的析出，强化基体，调控相变温度；通过合理的粒度搭配，有效提高粉末的流动性，进而提高成型性。
[0017]本专利技术的铜基形状记忆合金粉末在4D打印制备过程中，样品致密度可达98.4～99.7％，无明显缺陷，断裂强度为1562～1652MPa，利用热应力诱导马氏体的产生，获得全马氏体状态，同时借助微量合金元素的协同作用强化基体，提高形状回复应力，在4～8％的预应变后，经过加热回复，回复率达94～100％，形状记忆应变为2％～5.5％。
[0018]本专利技术的铜基形状记忆合金粉末在4D打印制备形状记忆合金中，可直接成形复杂形状。
[0019]本专利技术使用的铜基形状记忆合金粉末可回收再利用，能够有效节约制造成本。
[0020]本专利技术的应用在保护气氛中进行，有效避免氧化，降低合金内部的夹杂含量，同时冷却速度快，能够有效细化晶粒，提高合金性能。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例2中铜基形状记忆合金粉末的SEM图；
[0022]图2是本专利技术实施例2中铜基形状记忆合金粉末的粉末粒度分布；
[0023]图3是本专利技术实施例2中铜基形状记忆合金粉末的赘生物指数；
[0024]图4是本专利技术实施例2中铜基形状记忆合金粉末的钝度指数；
[0025]图5是本专利技术实施例2中4D打印铜基形状记忆合金样品马氏体显微组织；
[0026]图6是本专利技术实施例2中4D打印铜基形状记忆合金样品DSC曲线；
[0027]图7是本专利技术实施例2中4D打印铜基形状记忆合金样品形状记忆效应。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。
[0029]实施例1：
[0030]一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末由以下质量百分含量组成，Al:9.8％；Mn:4.5％；Nb:0.12％；余量为铜和不可避免的杂质元素。借助具有超声震荡功能的筛粉设备对粉末进行不同粒度搭配、优化，获得的粉末D
10
＝9.8μm，D
50
＝20.4μm，D
90
＝35.5μm；其中赘生物指数为0(即没有卫星粉)的粉末体积分数为63％，赘生物指数为10的粉末体积分数为
23％，赘生物指数为20的粉末体积分数为17％，赘生物指数为30的粉末体积分数为3％；钝度指数大于0.8的粉末占比为67％；延伸度大于0.7的占比为91％。
[0031]将铜基形状记忆合金粉末置于干燥箱中烘干处理，温度为70℃，时间10h。利用上述粉末进行4D打印制备：利用materials软件进行三维建模，并导入至切片软件进行切片，利用4D打印设备的专用软件进行扫描路径规划，选择旋转67
°
的方式，设置激光功率为150W，扫描速度为600mm/s，扫描间距为0.09mm，层厚为0.04mm。选择304L不锈钢作为基板，并在打本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种4D打印的铜基形状记忆合金粉末，其特征在于：由以下质量百分含量组成，Al:9～13％；Mn:3～5％；Nb:0.08～2.0％；余量为铜。2.根据权利要求1所述4D打印的铜基形状记忆合金粉末，其特征在于，所述铜基形状记忆合金粉末不同粒度搭配为：D
10
＝9～11.2μm、D
50
＝20.4～22.4μm、D
90
＝35.5～43.2μm。3.根据权利要求2所述4D打印的铜基形状记忆合金粉末，其特征在于，所述铜基形状记忆合金粉末的赘生物指数：赘生物指数为0的粉末体积分数为60～71％；赘生物指数为10的粉末体积分数为16～18％；赘生物指数为20的粉末体积分数为23～26％；赘生物指数为30的粉末体积分数为2～4％。4.根据权利要求3所述4D打印的铜基形状记忆合金粉末，其特征在于：所述铜基形状记忆合金粉末的钝度指数为0.8的粉末占比大于66％。5.根据权利要求4所述4D打印的铜基形状记忆合金粉末，其特征在于：所述铜基形状记忆合金粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖志瑜，席晓莹，张建涛，唐浩，杨晓辉，温利平，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：