[發明專利]一種銅鋁鐵錳高溫形狀記憶合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310033250.0
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103215471A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 楊水源;劉興軍;王翠萍;蘇渝;施展;張錦彬;黃藝雄
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C22C9/01
• 分類號: C22C9/01;C22C9/05;C22C1/02;C22F1/08
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種高溫形狀記憶合金，尤其是涉及低成本的、實用的，具有穩定超大形狀記憶效應的一種銅鋁鐵錳（CuAlFeMn）高溫形狀記憶合金及其制備方法。

背景技術

近年來,國內外學者已對高溫形狀記憶合金進行了大量的研究，相繼研究了Ni-Ti-Pd、Ni-Ti-Hf/Zr、Ni-Al及Cu-Al基和Ni-Mn-Ga等高溫形狀記憶合金（1、王永前，趙連城，高溫形狀記憶合金研究進展，功能材料，1995，26（4）：377；2、彭紅纓，魏中國，楊大智，高溫形狀記憶合金的研究進展，材料科學與工程，1994，12（1）：5；3、K.Otsuka，X.Ren,Recent?development?in?the?research?of?shape?memory?alloys，Intermetallics，1999，7:511；4、J.Van?Humbeeck，High?temperature?shape?memory?al?loys，J.Eng.Mater.Tech，1999，121:98；5、H.B.Xu，Y.Q.Ma，C.B.Jiang，A?high-temperature?shape?memory?alloy?Ni₅₄Mn₂₅Ga₂₁Appl.Phys.Lett，2003，82:320）。但是到目前為止，以上合金都存在許多問題，如Cu-Al和Ni-Al基合金的熱穩定性差；Ti-Ni-Hf/Zr合金脆性大，無法進行冷熱加工；Ni-Ti-Pd合金雖具有最好的綜合性能，但Pd價格昂貴，成本問題限制了該合金的應用；NiMnGa單晶的形狀記憶可回復應變是迄今為止高溫形狀記憶合金中最好的（6.1%），而且具有良好的可逆馬氏體相變穩定性和形狀記憶效應穩定性。但從實用的角度考慮，單晶的制備、尺寸以及成本方面的因素使其應用前景具有很大局限性，所以要想走向實用，必須是制備工藝簡單的多晶材料。因此，具有穩定形狀記憶效應的新型低成本高溫形狀記憶合金的研究越來越受到人們的關注。

從實用性的角度考慮，CuAl基形狀記憶合金生產成本低廉（僅為Ni-Ti合金的1/10），熱加工性能好，且具有優異的導電導熱性能，生產工藝簡單，因而具有十分誘人的應用前景（6、郭明星，汪明樸，李周，程建奕，高溫銅基形狀記憶合金的研究，金屬功能材料，2004，11:3；7、李周，汪明樸，徐根應，銅基形狀記憶合金材料，中南大學出版社，2010；8、劉和，徐祖耀，銅基形狀記憶合金，機械工程材料，1988，5:24）。Cu基形狀記憶合金主要有Cu-Sn、Cu-Zn和Cu-Al三個系列（9、M.H.Wu，Engineering?aspects?of?shape?memory?alloys，1990:69；9、馬云慶，NiMnGa及CuAl基高溫形狀記憶合金相變行為及熱穩定性研究，北京航空航天大學，2003）。Cu-Sn系合金由于其形狀記憶性能差而研究較少，Cu-Zn系記憶合金的相變溫度一般低于100℃，不具備發展成為高溫形狀記憶合金的潛力，而Cu-Al系合金是Cu基記憶合金中唯一具有發展成為高溫形狀記憶合金潛力的合金體系。國內外學者對該合金體系也進行了許多的嘗試，所研究的合金體系有Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ag、Cu-Al-Nb、Cu-Al-Co、Cu-Al-Zr、Cu-Al-Pd、Cu-Al-Fe等（10、徐祖耀，形狀記憶材料，上海交通大學出版社，2001；2、彭紅纓，魏中國，楊大智，高溫形狀記憶合金的研究進展，材料科學與工程，1994，12（1）:5；6、郭明星，汪明樸，李周，程建奕，高溫銅基形狀記憶合金的研究，金屬功能材料，2004，11，3；7、李周，汪明樸，徐根應，銅基形狀記憶合金材料，中南大學出版社，2010；11、劉和，徐祖耀，銅基形狀記憶合金，機械工程材料，1988:5,24；12、T.N.Raju，V.Sampath，Effect?of?ternary?addition?of?iron?on?shape?memory?characteristics?of?Cu-Al?alloys，Journal?of?Materials?Engineering?and?Performance，2011，20（4-5）:767；13、J.Lelatko，H.Morawiec，High?temperature?Cu-Al-Nb-based?shape?memory?alloys，J.Phys.IV?France,2011,11:487）。但是，Cu-Al-Ni合金的多晶合金很脆，在只有2%左右的應變后即發生斷裂，而且其形狀記憶效應的穩定性差，因而難以實際應用；Cu-Zn-A1合金的熱穩定性較差，在較高溫度下使用容易導致記憶性能喪失；Cu-Al-Ag、Cu-Al-Co、Cu-Al-Zr、Cu-Al-Fe和Cu-Al-Nb合金雖呈現出高的馬氏體轉變溫度，但合金的塑性和穩定性都較差；CuAl-Pd合金的相變滯后較大，已呈現出半熱彈性馬氏體轉變的特征，形狀記憶效應較小。