一种防止铜锌铝形状记忆合金产生马氏体稳定化的方法

摘要

一种防止铜锌铝形状记忆合金产生马氏体稳定化的方法，涉及一种形状记忆合金材料的制备技术领域，采用定向凝固的方法制备铜锌铝形状记忆合金，其特征在于：将电解铝、电解铜和锌按要求的成分熔配，当合金液温度达到1230℃－1250℃时，浇注到真空熔炼定向凝固炉的模壳中，然后对熔体进行过热处理；定向凝固熔体热处理时，抽拉速率为90μm/s－110μm/s，熔体过热温度为1360℃－1380℃，过热时间为90分钟～130分钟。采用本发明制备的铜锌铝形状记忆合金，室温放置8年后(其温度波动范围为0℃～38℃)，马氏体转变温度Ms点在120℃以下的铜锌铝(复合稀土)形状记忆合金，马氏体逆相变温度和记忆性能没有发生变化，也就是说没有发生马氏体稳定化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆合金材料的制备技术领域，特制一种防止铜锌铝形状记忆合金产生马氏体稳定化的新方法。

背景技术

铜锌铝形状记忆合金以其加工制造容易、价格低廉、导电导热率高而在某些动作频次要求不很高的场合获得了广泛的应用，特别适用于制作各种热保护元件。但是在实际应用过程中，发现铜锌铝形状记忆合金存在的最大问题是发生马氏体稳定化，从而严重影响铜锌铝形状记忆合金的记忆性能。铜锌铝形状记忆合金从固溶温度淬火后，在A_s以下温度时效，会发生所谓“马氏体稳定化”现象，马氏体的稳定化是指热弹性马氏体在时效或使用中变得稳定，表现为加热到As点以上时以致马氏体逆转变温度升高，不再发生逆转变，或转变量减少以及记忆性能衰退的现象。

文献中{1、刘新军等：用DSC法研究Cu-Zn-Al合金马氏体的稳定化问题。山西大学学报(自然科学版)2002，25(1)：30～33；2、徐祖耀等：形状记忆材料。上海交通大学出版社2002年，P146-154}都提到了铜锌铝形状记忆合金产生马氏体稳定化的机制，但是并没有完全解决和防止铜锌铝形状记忆合金产生马氏体稳定化的问题。铜锌铝形状记忆合金的热弹性马氏体稳定化严重阻碍了它的开发和应用，这一问题的解决有其重大的理论意义和具大的实用价值。本发明针对这一问题，开发了一种防止铜锌铝形状记忆合金产生马氏体稳定化的新方法。经过查询，未见有相关专利发表。

发明内容

本发明提供一种防止铜锌铝形状记忆合金发生热弹性马氏体稳定化的方法。这种不发生马氏体稳定化的铜锌铝形状记忆合金，是指马氏体转变温度Ms不大于120℃。

本发明采用定向凝固的方法制备铜锌铝形状记忆合金，其特征在于：将电解铝、电解铜和锌按要求的成分熔配，当合金液温度达到1230℃-1250℃时，浇注到真空熔炼定向凝固炉的模壳中，然后对熔体进行过热处理。定向凝固熔体热处理时，抽拉速率为90μm/s-110μm/s，以95μm/s-105μm/s为佳，熔体过热温度为1360℃-1380℃，以1365℃-1375℃为佳，过热时间为90分钟～130分钟，以100分钟～110分钟为佳。

采用本发明制备的铜锌铝形状记忆合金，室温放置8年后(其温度波动范围为0℃～38℃)，马氏体转变温度M_s点在120℃以下的铜锌铝(复合稀土)形状记忆合金，马氏体逆相变温度和记忆性能没有发生变化，也就是说没有发生马氏体稳定化。

附图说明

图1、过热处理前后的金相组织比较(×100)

图2、过热处理后马氏体组织有序排列(×3000)

具体实施方式

将电解铝、电解铜和0#锌按要求的成分熔配，以质量分数计算，合金成分为Zn25.25％，Al3.74％，Ni0.98％，复合RE(La+Ce)0.06％，余为Cu。当合金液温度达到1240℃时，浇注到定向凝固炉的模壳中，然后对熔体进行过热处理。定向凝固熔体热处理处理时，抽拉速率为100μm/s，熔体过热温度为1370℃，过热时间为105分钟。

随着抽拉速率的提高，组织形态由柱状晶向树枝晶组织转变，当定向凝固抽拉速率为100μm/s时，马氏体组织呈稳定的、有序的排列。

采用熔体过热处理的方法，经过1370℃过热处理的铜锌铝形状记忆合金的定向凝固组织明显细化，同时马氏体组织也是呈稳定的、有序的排列。。

采用延长熔体过热时间的方法，熔体过热时间为105分钟时，铜锌铝形状记忆合金定向凝固组织由粗枝晶向细枝晶转变，即组织越来越细密。

由图1和图2可看出，进行过热处理后，金相组织明显细化，扫描电镜组织表明，马氏体组织有序排列。

熔体过热温度和过热时间不同，可以改变熔体的结构状态，改变了定向凝固组织晶体取向，因此能够保持马氏体相变时晶体学的可逆性。

                  表1不同方法获得的合金力学性能

  普通方法  定向凝固  (熔体未过热处理)  定向凝固  (熔体过热处理)  σ_b/MPa  σ_0.2/MPa  δ/％  442.3  242.2  5.11  513.7  284.6  6.85  525.8  296.5  6.92

          表2、用普通方法获得的合金相变点变化(℃)

  As  A_f  Ms  M_f  生产后(24小时之内)  一年之后  66  60  77  84  72  75  61  51  二年之后  三年之后  四年之后  五年之后  六年之后  二年之后相变点已无法测定，说明合金  发生了马氏体稳定化

表3、用定向凝固方法(熔体未过热处理)获得的合金相变点变化(℃)

  As  A_f  Ms  M_f  生产后(24小时之内)  一年之后  二年之后  三年之后  65  64  61  59  75  76  83  85  70  72  74  75  60  58  52  49  四年之后  五年之后  六年之后  四年之后相变点已无法测定，说明合金  发生了马氏体稳定化

  表4、用定向凝固方法(熔体过热处理)获得的合金相变点变化(℃)

  As  A_f  Ms  M_f  生产后(24小时之内)  一年之后  二年之后  三年之后  四年之后  五年之后  六年之后  64  64  64  64  64  64  64  75  75  76  76  76  76  76  71  71  71  71  71  71  71  60  60  59  59  59  59  59  二年之后相变点只有1℃的变化，说明合金没有发生马氏体稳定化