微米晶铜铝－镍形状记忆合金块材制备方法

摘要

本发明涉及一种微米晶铜铝－镍形状记忆合金块材制备方法，将原料按质量百分比铜为81～85％，铝为12～14.5％，镍为3～4.5％配好，在真空条件下熔炼，制成铜铝－镍合金铸锭。将铜铝－镍合金块材切割成坯料，进行表面处理，并涂敷石墨润滑剂，采用挤压通道角度为90～120°的等径弯角挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂，将涂好润滑剂的坯料放入模具中和模具同时在300～400℃的加热炉中进行加热保温，取出后立即进行等径弯角挤压，最终获得强度、塑性等性能良好的铜铝－镍合金块材。本发明可以解决铜铝－镍形状记忆合金室温塑性差的问题，提高合金力学性能，同时降低合金处理成本，提高其成材率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微米晶铜铝-镍(CuAl-Ni)形状记忆合金块材制备方法，用于改善合金的塑性、疲劳等机械性能，进而促进该形状记忆合金的实际工程应用。属于金属材料及冶金类技术领域。

背景技术

形状记忆合金自70年代初问世以来，受到材料界的广泛重视，在民用工业、航空航天、核工业、生物医学等领域显示出巨大的应用前景。CuAl-Ni合金具有很多优异性能，如：母相强度高、可恢复应力大、热稳定性好等，但因其强度高、低温塑性差，使其高性能块材的获得极为困难。

如何提高材料的低温塑性是铜铝-镍形状记忆合金首要解决的问题。实践证明：细小等轴的晶粒可改善合金的塑性变形能力，抑制晶界破坏，提高疲劳寿命。常用的合金晶粒细化工艺一般分为四种：液态时加入各种晶粒细化剂或借助外部能量使枝晶破碎，从而细化铸造组织，如添加锆等元素细化晶粒；半固态成形细化晶粒；铸造粉末冶金成形；强烈塑性变形方法，诸如压扭法、等径弯角挤压法等。前三种方法均为铸造成型，晶粒细化效果不明显。塑性变形方法可以制备出细晶材料，但是，为了获得比较大的应变量，压扭法只能制备出非常薄的片状材料，而等径弯角挤压法则能制备出比较大的块状细晶材料。等径弯角挤压法工艺原理及方法对具有良好塑性的镁、铝合金的晶粒细化已有诸多报道，但对强度高、塑性差的金属合金的晶粒细化却受到很多因素的制约。以前发明的专利例如微米晶镍铝-锰形状记忆合金块材制备方法等都是在700℃以上的高温挤压，坯料和模具之间较大的温差容易使坯料表面产生裂纹，而且使用两种不同的润滑剂，操作起来比较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微米晶铜铝-镍形状记忆合金块材制备方法，解决铜铝-镍形状记忆合金室温塑性差的问题，提高其力学性能，同时降低形状记忆合金处理的成本，提高其成材率。

为实现这样的目的，本发明选用纯度为99.99％(质量百分数)的纯铜、99.99％纯铝及99.99％镍板为原料，在真空条件下进行熔炼，制成铜铝-镍合金铸锭。合金的成分(质量百分数)范围为：铜为81～85％，铝为12～14.5％，镍为3％～4.5％。将铜铝-镍合金块材切割成坯料，进行表面处理，并涂敷石墨润滑剂。模具采用挤压通道角度为90～120°的等径弯角挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂。将坯料、模具放入加热炉中保温1小时后取出进行等径弯角挤压，最终获得强度、塑性等性能良好的铜铝-镍合金块材。

本发明的铜铝-镍形状记忆合金制备方法具体为：将原料按质量百分比铜为81～85％，铝为12～14.5％，镍为3～4.5％配好，在真空条件下进行熔炼，制成铜铝-镍合金铸锭。将铸锭在800℃～1000℃退火，保温10分钟～2小时，将块状铜铝-镍合金铸锭线切割成坯料，对坯料进行表面处理，达到4级以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，在60℃～100℃的温度下预热20～60分钟，然后采用刷涂的方法在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，涂敷后坯料在60℃～100℃的温度下烘干20～60分钟。

本发明采用等径弯角挤压模具，模具的挤压通道角度为90～120°。用丙酮对模具进行表面和型腔清洗，在60℃～100℃的温度下预热1～1.5小时，然后涂敷石墨润滑剂，涂层厚度要均匀。将涂好石墨润滑剂的坯料放在模具中，和模具同时在300～400℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1～1.5小时。取出后在液压万能试验机上立即进行挤压，对挤压出的坯料和模具进行表面处理和涂敷润滑剂后再对坯料进行挤压，共4～8次，即可获得微米晶铜铝-镍合金块材，其微观晶粒平均尺寸为0.1～0.6μm。

本发明采用等径弯角挤压工艺，其特点是使试样在变形前后尺寸不变，处理简单，成材率高，并可实现大块材加工。挤压前对模具型腔及待挤压的坯料进行的润滑处理，可显著的降低坯料和模具工作表面间的滑动摩擦阻力，从而有效地提高合金材料的流动均匀性，保证挤压过程的顺利进行；润滑处理工艺方法简单，成本低，经实际操作后，坯料与模具自行脱落，没有相互粘结在一起，工艺性好。坯料表面光洁度的确定，有利于坯料在挤压过程中减少摩擦，提高坯料的塑性流动的均匀性。坯料、模具加热时间和保温时间的确定以及将加热好的坯料和模具同时从加热炉中取出进行等径弯角挤压，可防止晶粒长大，有利于形成细小的铜铝-镍微米晶，最终获得强度、塑性等性能良好的铜铝-镍合金块材。

本发明可以解决铜铝-镍形状记忆合金室温塑性差的问题，提高其力学性能，同时降低形状记忆合金处理的成本，提高其成材率。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1：

将原料按质量百分比铜为85％，铝为12％，镍为3％配备好，在氩气保护下采用真空磁悬浮感应法熔炼，制成铜铝-镍合金铸锭。将铸锭在850℃退火，保温1小时。将铜铝-镍合金块材线切割成横截面为9.6×9.6mm，长度为100mm的坯料，对坯料进行表面处理，达到4级以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，在80℃的温度下预热30分钟，然后采用刷涂的方法在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，涂敷后坯料在90℃的温度下烘干20分钟。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在80℃的温度下预热1小时，然后涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀。

将涂好石墨润滑剂的坯料放在模具中，和模具同时在300℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时，取出后在液压万能试验机上立即进行挤压。对挤压出来的坯料和模具进行表面处理和涂敷润滑剂后再对坯料进行挤压，共4次，即可获得性能良好的微米晶铜铝-镍合金块材。

实施例2：

将原料按质量百分比铜为82.5％，铝为13.5％，镍为4％配备好，在氩气保护下采用真空磁悬浮感应法熔炼，制成铜铝-镍合金铸锭。将铸锭在900℃退火，保温1小时。将铜铝-镍合金块材线切割成横截面为9.6×9.6mm，长度为100mm的坯料，对坯料进行表面处理，达到4级以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，在90℃的温度下预热20分钟，然后采用刷涂的方法在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，涂敷后坯料在90℃的温度下烘干20分钟。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在90℃的温度下预热1小时，然后涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀。

将涂好石墨润滑剂的坯料放在模具中，和模具同时在350℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时，取出后在液压万能试验机上立即进行挤压。对挤压出来的坯料和模具进行表面处理和涂敷润滑剂后再对坯料进行挤压，共4次，即可获得性能良好的微米晶铜铝-镍合金块材。

实施例3：

将原料按质量百分比铜为81.6％，铝为14.3％，镍为4.1％配备好，在氩气保护下采用真空磁悬浮感应法熔炼，制成铜铝-镍合金铸锭。将铸锭在1000℃退火，保温1小时。将铜铝-镍合金块材线切割成横截面为9.6×9.6mm，长度为100mm的坯料，对坯料进行表面处理，达到4级以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，在90℃的温度下预热20分钟，然后采用刷涂的方法在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，涂敷后坯料在90℃的温度下烘干20分钟。用丙酮对挤压角度为120度模具进行表面和型腔清洗，在90℃的温度下预热1小时，然后涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀。

将涂好石墨润滑剂的坯料放在模具中，和模具同时在400℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时，取出后在液压万能试验机上立即进行挤压。对挤压出来的坯料和模具进行表面处理和涂敷润滑剂后再对坯料进行挤压，共6次，即可获得性能良好的微米晶铜铝-镍合金块材。