[发明专利]一种提高CuZnAl记忆合金记忆性能的特种复合稀土变质剂

说明书

 

技术领域

本发明属于CuZnAl记忆合金技术领域，特指一种提高CuZnAl记忆合金记忆性能的特种复合稀土变质剂。

 

背景技术

与TiNi记忆合金相比，CuZnAl记忆合金制造加工容易，价格便宜，并有良好的记忆性能，相变点可在一定温度范围内调节，不同成分的CuZnAl合金相变温度不同。同时，处理工艺对其相变点也有影响，且随热循环次数的增加，CuZnAl合金的M_s和A_f点一起升高。CuZnAl记忆合金不仅具有单程形状记忆性能，而且经双程训练后具有双程记忆性能，在工业上有很大的应用前景，如利用CuZnAl记忆合金所具有的感温和驱动双重功能，制作用于煤矿井下火灾监测的井下火灾防预系统装置，以及过热保护器等装置。但是CuZnAl记忆合金的双程记忆性能在热循环过程中易衰减，阻碍了其在工程上的实际应用。以往的研究工作表明，CuZnAl记忆合金双程记忆性能的衰减原因，主要是由于马氏体与母相之间的界面反复移动导致位错增殖，从而影响正逆热弹性马氏体相变的转变量，在合金的记忆性能上表现为双程记忆量不断减小。如何提高铜锌铝记忆合金的记忆性能一直是阻碍其推广应用的瓶颈问题，针对这一问题，本发明开发了一种提高CuZnAl记忆合金记忆性能的特种复合稀土变质剂。经过查询，未见有相关专利发表。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高CuZnAl记忆合金记忆性能的特种复合稀土变质剂。其特征为：组分按重量百分比计算， Y为30-45％、La为5-15％、Nb为3-10％、Ce为3-10％、V为1-8％、Eu+Zr +Pr + Tb +Ti+ Er+B + Ho +Lu为5-15%，余量为铜。所述变质剂为块状深灰色合金，熔点范围800－1200℃，特种复合稀土变质剂加入量范围为0.2%-1.0%。

上述用于CuZnAl记忆合金的特种复合稀土变质剂，成分可优选为：Y为35-40％、La为8-12％、Nb为5-7％、Ce为6-8％、V为4-6％、Eu+Zr +Pr + Tb +Ti+ Er+B + Ho +Lu为7-12%，余量为铜。特种复合稀土变质剂加入量优选范围为0.4%-0.6%。

由图1可见，当特种复合稀土变质剂加入量在0.2～%0.6％时，合金的记忆性能不断提高，这是因为随着特种复合稀土变质剂加入量的增大，特种复合稀土变质剂中的元素净化合金的基体和晶界，从而合金中杂质元素少，并且合金的晶粒大小适中，因此合金的晶界影响区适中，所以合金的马氏体相变及其逆转变的阻力较小合金的有序性高，而有序是合金具有形状记忆性能的条件之一。并且由于有了一定的强度而不易发生塑性屈服， 因此容易保持逆转变的晶体学可逆性，在合金中特种复合稀土变质剂加入量最佳范围是0.4%－0.6％，加入量大于0.6%以后，合金的记忆性能开始下降。这是因为合金的晶粒较细晶界增多，而晶界对记忆性能具有不利作用，在马氏体相变时相界面越过晶界要消耗更多的不可逆热量，并且由于其有序度降低，合金逆转变时不易记住其多晶母相的形状，无法按原路返回，因此降低了合金的记忆性能。同时合金中特种复合稀土变质剂加入量过多时，第二相质点的相对含量增加，破坏了合金的马氏体的连续性，第二相粒子周围在弯曲阶段会产生位错及位错塞积，增加了对马氏体界面及马氏体和母相界面之间的钉扎，使相变阻力增加，而CuZnAl合金具有形状记忆效应的条件之一就是相变消耗的能量尤其是界面能要尽可能的小，甚至趋于零时，才有可能具有形状记忆效应，因此，合金中加入过多的特种复合稀土变质剂时，合金的记忆性能下降。另外，合金中特种复合稀土变质剂加入量进一步增加时，合金中固溶的特种复合稀土变质剂元素增加，因为稀土元素的半径较大，固溶于合金中引起合金晶格畸变严重，也会造成合金的能量升高，有序度降低，所以也使合金的记忆性能下降。 

由图2可见，加入特种复合稀土变质剂的合金双程记忆性能随热循环训练次数的增加而增加，9～15次后变得稳定，这时合金已进入双程记忆性能阶段，此时无论是否加入特种复合稀土变质剂，合金记忆性能变化不大。继续对合金进行冷热循环超过1000次后，不加特种复合稀土变质剂的合金记忆性能开始下降，而加入特种复合稀土变质剂的合金仍保持较好的记忆性能。因为不加特种复合稀土变质剂的合金晶粒尺寸较大、晶界处杂质较多，在多次反复的冷热循环过程中，合金容易发生塑性屈服，无法保持马氏体相变时的晶体学可逆性。

附图说明   

（■－未加特种复合稀土变质剂    ▲－加入特种复合稀土变质剂）