[发明专利]一种CuAlMn形状记忆合金及制备方法

说明书

本发明提供一种CuAlMn形状记忆合金及制备方法，该成分为10.0at.％‑25.0at.％的Al、7.0at.％‑17.0％的Mn，其余为Cu；(1)选取Cu，Al和Mn为原料进行电弧熔炼得到铸锭；(2)将铸锭放入热处理炉中固溶处理；(3)将样品在拉伸机上做循环拉伸，每个循环加载1％后卸载，循环至残余应变为0.1‑5％；(4)将拉伸样时效处理后冷却，析出α相，然后固溶处理后水淬；(5)反复进行(3)和(4)步骤，通过变形结合热处理相结合的方法，以此来获得高超弹性CuAlMn形状记忆合金。本发明通过反复变形结合热处理，实现高超弹性晶粒取向筛选，获得高超弹性的多晶CuAlMn形状记忆合金。

技术领域

本发明的技术方案属于合金材料及其制备领域，具体的说是一种CuAlMn形状记忆合金及制备方法。

背景技术

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，广泛应用于电子通讯、医疗卫生、机械制造、航空航天、能源化工、土木建筑及日常生活等众多领域。Cu基形状记忆合金具有形状记忆效应优良，价格低廉(只有Ni-Ti合金的1/10)、导电和导热性能好、相变可调范围宽等诸多优点，但在实际应用中，Cu基形状记忆合金存在塑性差、易发生晶界开裂、疲劳寿命短、强度低等问题，严重制约了其可应用范围。普通多晶组织Cu基形状记忆合金易发生晶界开裂的根源在于：1、Cu基形状记忆合金的弹性各向异性因子过大；2、Cu基形状记忆合金的马氏体相变应变具有强取向依赖性，当沿不同取向施加应力而诱发马氏体相变时，相变应变能差到8％以上。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，特别是三叉晶界处产生大的应力集中，从而引发晶界开裂。正是由于上述问题的存在，导致普通多晶Cu基形状记忆合金的实际超弹性应变(仅有3-4％)、形状记忆效应、疲劳性能和加工性能远低于Ni-Ti基形状记忆合金，只能在较小的形状记忆应变和较低的循环次数条件下使用，严重阻碍了Cu基形状记忆合金的发展和大规模应用。因此，提高Cu基形状记忆合金形变和相变协调能力、控制晶粒取向、降低晶界应力集中是改善多晶Cu基形状记忆合金超弹性能和加工使用性能的关键。

相比多晶而言，单晶的制备困难、成本高，难以大规模使用。Omori T在[Omori T.,et al.(2013).Science 341(6153):1500-1502]中提出，CuAlMn形状记忆合金在500-650℃时效会析出α相，α相消失后留下亚晶。亚晶界能量是CuAlMn超弹性合金晶界迁移驱动力之一，消耗亚晶界能量提供驱动力使晶界迁移，诱发异常晶粒长大(AGG)。值得注意的是，晶粒异常长大是可以通过循环热处理过程而不断重复的，直至可以长大成单晶。基于上述机理，Kusama T在[Kusama T.,et al.(2017).Nature Communication 8(354):1-9]中通过高温+低温循环热处理获得很长的70mm单晶棒，该方法突破了传统凝固方法制备大尺寸单晶的瓶颈。

但是，CuAlMn形状记忆合金循环热处理工艺不能控制晶粒取向，导致Kusama T的70mm的单晶棒的超弹性仅有5％。在单晶长大的过程中，亚晶界的能量使每一个晶粒都能发生异常晶粒长大，由于晶粒取向的随机性，最后留下的单晶的晶粒取向不易控制。对于CuAlMn形状记忆合金来说，马氏体相变应变具有强取向依赖性，当沿不同取向施加应力而诱发马氏体相变时，相变应变能差到8％以上。因此，开发通过简单的变形引入位错来筛选晶粒取向来制备高超弹性能多晶CuAlMn形状记忆合金的制备方法对CuAlMn形状记忆合金的超弹性和加工使用性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明针常规形状记忆合金晶粒取向难以控制的问题，提出通过变形结合热处理方法实现晶粒取向筛选，实现晶粒取向控制。

本发明的目的在于提供一种能够控制晶粒取向、高超弹性的CuAlMn形状记忆合金及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种CuAlMn形状记忆合金，该成分为10.0at.％-25.0at.％的Al、7.0at.％-17.0％的Mn，其余为Cu；