一种深低温铜铝锰形状记忆合金、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种深低温铜铝锰形状记忆合金、制备方法及应用，方法选取Cu，Al和Mn为主要原料，辅以微量合金元素Be、Fe、C、Ti、Zr、V、Ta、Nb、W、Mo、Ni、Cr的一种或多种，按照化学剂量配比，置于真空感应炉坩埚内，抽真空，熔炼、再放入热处理炉中进行循环退火处理、对冷却产物进行锻造、去应力退火得到合金。本发明专利技术的方法制得的合金具有大的成分范围以及宽泛的制备条件、通过对合金成分以及后续热处理、冷热加工等工艺调整，来调控获得不同晶粒尺寸及记忆形变性能、合金的组织形态为多晶、相变温度低至100K左右、形变量可高达20％，具有制备方便、工艺简单、性能稳定等优点，广泛适用于低温自动控制结构和低温节流等应用领域。控制结构和低温节流等应用领域。控制结构和低温节流等应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种深低温铜铝锰形状记忆合金、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于功能金属和形状记忆合金材料领域，具体涉及一种深低温铜铝锰形状记忆合金、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]铜铝锰形状记忆合金是一种集感知与驱动功能于一体的智能型功能材料，具有形状记忆效应优良、超弹性、耐腐蚀、经济实用，温度敏感等诸多优点，目前已广泛应用于机械制造、医疗器械、电子通讯、温度传感器、航空航天、土木建筑及日常生活等众多领域。普通铜基形状记忆合金的形状记忆效应温度一般在173K～473K范围内[Castillo C L D,et al.,Scipta Mater,1987.]。然而在某些深低温应用领域，如月球探测、红外探测、低温传感等，需要其相变点温度更低。铝和锰元素的增加理论上可以显著降低合金的形状记忆效应温度(如马氏体相变开始温度，Ms点)。然而在实际生产和应用中，铜铝锰合金的Ms点对铝、锰的成分非常敏感，1％的铝或锰的变化，可引起几十度温度的变化，而且铜铝锰合金存在脆性大、加工性能差、易发生沿晶脆断、循环寿命低等问题，严重制约了其可应用范围尤其是低温领域的应用。现有研究表明，多晶铜铝锰形状记忆合金的脆性大的根源在于：1)合金的弹性各向异性因子过大；2)合金中马氏体相变应变具有强取向依赖性。晶粒取向随机分布的普通多晶在相变和形变过程中晶粒间形变和相变极不协调，易在晶界处产生大的应力集中，从而引发晶界开裂。为此，Omori等[Omori T.,et al.,Science,2013.]提出通过不断的拉伸处理+热处理的循环处理(即拉伸热循环处理)过程，诱发异常晶粒长大来制备铜铝锰单晶合金。但是，拉伸热循环处理工艺复杂、制备困难、成本高。而且单晶铜铝锰合金由于马氏体协调形变受阻导致合金的形变量过低。因此，开发相变点温度<173K形变量大且稳定的深低温多晶铜铝锰形状记忆合金，对于拓宽铜基形状记忆合金的应用尤其是低温领域的实际应用具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种深低温铜铝锰形状记忆合金、制备方法及应用，用于解决现有技术中存在的上述问题。
[0004]一种深低温铜铝锰形状记忆合金的制备方法，包括如下步骤：
[0005]S1.选取Cu，Al和Mn为主要原料，辅以微量合金元素Be、Fe、C、Ti、Zr、V、Ta、Nb、W、Mo、Ni、Cr的一种或多种，进行混合后置于真空感应炉坩埚内，抽真空熔炼得到铸锭；
[0006]S2.将铸锭放入热处理炉中进行循环退火处理，得到退火产物；
[0007]S3.将所述退火产物进行锻造以细化晶粒，升温至720
‑
740℃保温一段时间开锻，且终锻温度不低于680℃；
[0008]S4.将锻后所得产物放入热处理炉进行去应力退火得到深低温铜铝锰形状记忆合金。
[0009]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2具体
包括：首先将处理炉从室温升到α+β两相区400～650℃，保温第一时间段；再升温到β单相区700～800℃，保温第二时间段；再降温到α+β两相区400～650℃，保温第三时间段；再升温到β单相区700～800℃，保温第四时间段，冷却得到冷却产物，即退火产物。
[0010]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括S5.将S4中所得深低温铜铝锰形状记忆合金材料加工成样品，进行金相、相变点和形变量测量。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一时间段、第二时间段和第四时间段均为20～120min；所述第三时间段为30～180min。
[0012]本专利技术还提供了一种深低温铜铝锰形状记忆合金，所述合金采用所述的制备方法得到。
[0013]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述深低温铜铝锰形状记忆合金成分表达式为Cu
a
Al
b
Mn
c
M
d
，其中M为Be、Fe、C、Ti、Zr、V、Ta、Nb、W、Mo、Ni、Cr的一种或多种组合，质量百分比为60％≤a≤86％,7％≤b≤20％,7％≤c≤20％,0％≤d≤5％,且a+b+c+d＝100％。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述深低温铜铝锰形状记忆合金为多晶且晶粒尺寸≤500um。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述深低温铜铝锰形状记忆合金的马氏体相变温度为77K～150K。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述深低温铜铝锰形状记忆合金的低温形变量最高为20％。
[0017]本专利技术还提供了一种采用深低温铜铝锰形状记忆合金在低温节流制冷器中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果
[0019]本专利技术的深低温铜铝锰形状记忆合金的制备方法，选取Cu，Al和Mn为主要原料，辅以微量合金元素Be、Fe、C、Ti、Zr、V、Ta、Nb、W、Mo、Ni、Cr的一种或多种，进行混合后置于真空感应炉坩埚内，抽真空，熔炼、在放入热处理炉中进行循环退火处理、对冷却产物进行锻造、去应力退火得到深低温铜铝锰形状记忆合金。本专利技术具有如下优点：
[0020](1)本专利技术所提供的一种深低温铜铝锰形状记忆合金具有大的成分范围以及宽泛的制备条件，如铝、锰在较大范围内可调控，制备方法相较于“拉伸+热循环处理”而言工艺更加简单、经济，方法中温度范围也较宽泛；
[0021](2)本专利技术的方法通过对合金成分以及后续热处理、冷热加工等技术手段的调整，来调控获得不同晶粒尺寸及记忆形变性能；
[0022](3)本专利技术制备得到的深低温铜铝锰形状记忆合金的组织形态为多晶，具有制备方便、工艺简单、性能稳定等优点。
[0023](4)本专利技术所制备得到的铜铝锰合金具有优异的低温形状记忆效应，相变点温度在100K～120K，弥补了铜基合金低温应用的不足。
[0024](5)本专利技术所制备得到的铜铝锰合金兼具低温形状记忆效应和低温超弹性性能，可广泛适用于低温自动控制结构和低温节流等应用领域。
附图说明
[0025]图1为本专利技术方法的制备方法流程图；
[0026]图2为本专利技术实施例深低温铜铝锰合金的微观结构和成分分析图；
[0027]图3为本专利技术实施例深低温铜铝锰合金样品的低温形变量曲线。
具体实施方式
[0028]为了更好的理解本专利技术的技术方案，本
技术实现思路
包括但不限于下文中的具体实施方式，相似的技术和方法都应该视为本专利技术保护的范畴之内。为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0029]应当明确，本专利技术所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深低温铜铝锰形状记忆合金的制备方法，其特征在于，S1.选取Cu，Al和Mn为主要原料，辅以微量合金元素Be、Fe、C、Ti、Zr、V、Ta、Nb、W、Mo、Ni、Cr的一种或多种，进行混合后置于真空感应炉坩埚内，抽真空熔炼得到铸锭；S2.将铸锭放入热处理炉中进行循环退火处理，得到退火产物；；S3.将所述退火产物进行锻造以细化晶粒，升温至720
‑
740℃保温一段时间开锻，且终锻温度不低于680℃；S4.将锻后所得产物放入热处理炉进行去应力退火得到深低温铜铝锰形状记忆合金。2.根据权利要求1所述的深低温铜铝锰形状记忆合金的制备方法，其特征在于，所述S2具体包括：首先将处理炉从室温升到α+β两相区400～650℃，保温第一时间段；再升温到β单相区700～800℃，保温第二时间段；再降温到α+β两相区400～650℃，保温第三时间段；再升温到β单相区700～800℃，保温第四时间段，冷却得到冷却产物，即退火产物。3.根据权利要求1所述的深低温铜铝锰形状记忆合金的制备方法，其特征在于，还包括S5.将S4中所得深低温铜铝锰形状记忆合金材料加工成样品，进行金相、相变点和形变量测量。4.根据权利要求2所述的深低温铜铝锰形状记忆合金的制备方法，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平平，詹倩，王其聪，万发荣，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：