微米晶銅鋁－鎳形狀記憶合金塊材製備方法

2023-06-03 09:04:41 1

專利名稱：微米晶銅鋁－鎳形狀記憶合金塊材製備方法
技術領域：
本發明涉及一種微米晶銅鋁-鎳(CuAl-Ni)形狀記憶合金塊材製備方法，用於改善合金的塑性、疲勞等機械性能，進而促進該形狀記憶合金的實際工程應用。屬於金屬材料及冶金類技術領域。
背景技術：
形狀記憶合金自70年代初問世以來，受到材料界的廣泛重視，在民用工業、航空航天、核工業、生物醫學等領域顯示出巨大的應用前景。CuAl-Ni合金具有很多優異性能，如母相強度高、可恢復應力大、熱穩定性好等，但因其強度高、低溫塑性差，使其高性能塊材的獲得極為困難。
如何提高材料的低溫塑性是銅鋁-鎳形狀記憶合金首要解決的問題。實踐證明細小等軸的晶粒可改善合金的塑性變形能力，抑制晶界破壞，提高疲勞壽命。常用的合金晶粒細化工藝一般分為四種液態時加入各種晶粒細化劑或藉助外部能量使枝晶破碎，從而細化鑄造組織，如添加鋯等元素細化晶粒；半固態成形細化晶粒；鑄造粉末冶金成形；強烈塑性變形方法，諸如壓扭法、等徑彎角擠壓法等。前三種方法均為鑄造成型，晶粒細化效果不明顯。塑性變形方法可以製備出細晶材料，但是，為了獲得比較大的應變量，壓扭法只能製備出非常薄的片狀材料，而等徑彎角擠壓法則能製備出比較大的塊狀細晶材料。等徑彎角擠壓法工藝原理及方法對具有良好塑性的鎂、鋁合金的晶粒細化已有諸多報導，但對強度高、塑性差的金屬合金的晶粒細化卻受到很多因素的制約。以前發明的專利例如微米晶鎳鋁-錳形狀記憶合金塊材製備方法等都是在700℃以上的高溫擠壓，坯料和模具之間較大的溫差容易使坯料表面產生裂紋，而且使用兩種不同的潤滑劑，操作起來比較麻煩。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種微米晶銅鋁-鎳形狀記憶合金塊材製備方法，解決銅鋁-鎳形狀記憶合金室溫塑性差的問題，提高其力學性能，同時降低形狀記憶合金處理的成本，提高其成材率。
為實現這樣的目的，本發明選用純度為99.99％(質量百分數)的純銅、99.99％純鋁及99.99％鎳板為原料，在真空條件下進行熔煉，製成銅鋁-鎳合金鑄錠。合金的成分(質量百分數)範圍為銅為81～85％，鋁為12～14.5％，鎳為3％～4.5％。將銅鋁-鎳合金塊材切割成坯料，進行表面處理，並塗敷石墨潤滑劑。模具採用擠壓通道角度為90～120°的等徑彎角擠壓模具，模具型腔表面塗敷石墨潤滑劑。將坯料、模具放入加熱爐中保溫1小時後取出進行等徑彎角擠壓，最終獲得強度、塑性等性能良好的銅鋁-鎳合金塊材。
本發明的銅鋁-鎳形狀記憶合金製備方法具體為將原料按質量百分比銅為81～85％，鋁為12～14.5％，鎳為3～4.5％配好，在真空條件下進行熔煉，製成銅鋁-鎳合金鑄錠。將鑄錠在800℃～1000℃退火，保溫10分鐘～2小時，將塊狀銅鋁-鎳合金鑄錠線切割成坯料，對坯料進行表面處理，達到4級以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，在60℃～100℃的溫度下預熱20～60分鐘，然後採用刷塗的方法在坯料表面塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻，塗敷後坯料在60℃～100℃的溫度下烘乾20～60分鐘。
本發明採用等徑彎角擠壓模具，模具的擠壓通道角度為90～120°。用丙酮對模具進行表面和型腔清洗，在60℃～100℃的溫度下預熱1～1.5小時，然後塗敷石墨潤滑劑，塗層厚度要均勻。將塗好石墨潤滑劑的坯料放在模具中，和模具同時在300～400℃的加熱爐中進行加熱，達到溫度後保溫1～1.5小時。取出後在液壓萬能試驗機上立即進行擠壓，對擠壓出的坯料和模具進行表面處理和塗敷潤滑劑後再對坯料進行擠壓，共4～8次，即可獲得微米晶銅鋁-鎳合金塊材，其微觀晶粒平均尺寸為0.1～0.6μm。
本發明採用等徑彎角擠壓工藝，其特點是使試樣在變形前後尺寸不變，處理簡單，成材率高，並可實現大塊材加工。擠壓前對模具型腔及待擠壓的坯料進行的潤滑處理，可顯著的降低坯料和模具工作表面間的滑動摩擦阻力，從而有效地提高合金材料的流動均勻性，保證擠壓過程的順利進行；潤滑處理工藝方法簡單，成本低，經實際操作後，坯料與模具自行脫落，沒有相互粘結在一起，工藝性好。坯料表面光潔度的確定，有利於坯料在擠壓過程中減少摩擦，提高坯料的塑性流動的均勻性。坯料、模具加熱時間和保溫時間的確定以及將加熱好的坯料和模具同時從加熱爐中取出進行等徑彎角擠壓，可防止晶粒長大，有利於形成細小的銅鋁-鎳微米晶，最終獲得強度、塑性等性能良好的銅鋁-鎳合金塊材。
本發明可以解決銅鋁-鎳形狀記憶合金室溫塑性差的問題，提高其力學性能，同時降低形狀記憶合金處理的成本，提高其成材率。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。
實施例1將原料按質量百分比銅為85％，鋁為12％，鎳為3％配備好，在氬氣保護下採用真空磁懸浮感應法熔煉，製成銅鋁-鎳合金鑄錠。將鑄錠在850℃退火，保溫1小時。將銅鋁-鎳合金塊材線切割成橫截面為9.6×9.6mm，長度為100mm的坯料，對坯料進行表面處理，達到4級以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，在80℃的溫度下預熱30分鐘，然後採用刷塗的方法在坯料表面塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻，塗敷後坯料在90℃的溫度下烘乾20分鐘。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在80℃的溫度下預熱1小時，然後塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻。
將塗好石墨潤滑劑的坯料放在模具中，和模具同時在300℃的加熱爐中進行加熱，達到溫度後保溫1小時，取出後在液壓萬能試驗機上立即進行擠壓。對擠壓出來的坯料和模具進行表面處理和塗敷潤滑劑後再對坯料進行擠壓，共4次，即可獲得性能良好的微米晶銅鋁-鎳合金塊材。
實施例2將原料按質量百分比銅為82.5％，鋁為13.5％，鎳為4％配備好，在氬氣保護下採用真空磁懸浮感應法熔煉，製成銅鋁-鎳合金鑄錠。將鑄錠在900℃退火，保溫1小時。將銅鋁-鎳合金塊材線切割成橫截面為9.6×9.6mm，長度為100mm的坯料，對坯料進行表面處理，達到4級以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，在90℃的溫度下預熱20分鐘，然後採用刷塗的方法在坯料表面塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻，塗敷後坯料在90℃的溫度下烘乾20分鐘。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在90℃的溫度下預熱1小時，然後塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻。
將塗好石墨潤滑劑的坯料放在模具中，和模具同時在350℃的加熱爐中進行加熱，達到溫度後保溫1小時，取出後在液壓萬能試驗機上立即進行擠壓。對擠壓出來的坯料和模具進行表面處理和塗敷潤滑劑後再對坯料進行擠壓，共4次，即可獲得性能良好的微米晶銅鋁-鎳合金塊材。
實施例3將原料按質量百分比銅為81.6％，鋁為14.3％，鎳為4.1％配備好，在氬氣保護下採用真空磁懸浮感應法熔煉，製成銅鋁-鎳合金鑄錠。將鑄錠在1000℃退火，保溫1小時。將銅鋁-鎳合金塊材線切割成橫截面為9.6×9.6mm，長度為100mm的坯料，對坯料進行表面處理，達到4級以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，在90℃的溫度下預熱20分鐘，然後採用刷塗的方法在坯料表面塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻，塗敷後坯料在90℃的溫度下烘乾20分鐘。用丙酮對擠壓角度為120度模具進行表面和型腔清洗，在90℃的溫度下預熱1小時，然後塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻。
將塗好石墨潤滑劑的坯料放在模具中，和模具同時在400℃的加熱爐中進行加熱，達到溫度後保溫1小時，取出後在液壓萬能試驗機上立即進行擠壓。對擠壓出來的坯料和模具進行表面處理和塗敷潤滑劑後再對坯料進行擠壓，共6次，即可獲得性能良好的微米晶銅鋁-鎳合金塊材。
權利要求
1.一種微米晶銅鋁-鎳形狀記憶合金塊材製備方法，其特徵在於將原料按質量百分比銅為81～85％，鋁為12～14.5％，鎳為3～4.5％配好，在真空條件下進行熔煉，製成銅鋁-鎳合金鑄錠，將鑄錠在800℃～1000℃退火，保溫10分鐘～2小時，將塊狀銅鋁-鎳合金鑄錠線切割成坯料，對坯料進行表面處理，達到4級以上的表面加工精度，坯料表面粗糙度Ra＝1.25～2.5μm，用丙酮對坯料表面進行表面清洗，在60℃～100℃的溫度下預熱20～60分鐘，然後採用刷塗的方法在坯料表面塗敷石墨潤滑劑，塗層要均勻，塗敷後坯料在60℃～100℃的溫度下烘乾20～60分鐘；採用擠壓通道角度為90～120°的等徑彎角擠壓模具，用丙酮對模具進行表面和型腔清洗，在60℃～100℃的溫度下預熱1～1.5小時後均勻塗敷石墨潤滑劑，將塗好石墨潤滑劑的坯料放在模具中，和模具同時在300～400℃的加熱爐中進行加熱，達到溫度後保溫1～1.5小時，取出後在液壓萬能試驗機上立即進行擠壓；對擠壓出的坯料和模具進行表面處理和塗敷潤滑劑後再對坯料進行擠壓，共4～8次，獲得微米晶銅鋁-鎳合金塊材，其微觀晶粒平均尺寸為0.1～0.6μm。
全文摘要
本發明涉及一種微米晶銅鋁－鎳形狀記憶合金塊材製備方法，將原料按質量百分比銅為81～85％，鋁為12～14.5％，鎳為3～4.5％配好，在真空條件下熔煉，製成銅鋁－鎳合金鑄錠。將銅鋁－鎳合金塊材切割成坯料，進行表面處理，並塗敷石墨潤滑劑，採用擠壓通道角度為90～120°的等徑彎角擠壓模具，模具型腔表面塗敷石墨潤滑劑，將塗好潤滑劑的坯料放入模具中和模具同時在300～400℃的加熱爐中進行加熱保溫，取出後立即進行等徑彎角擠壓，最終獲得強度、塑性等性能良好的銅鋁－鎳合金塊材。本發明可以解決銅鋁－鎳形狀記憶合金室溫塑性差的問題，提高合金力學性能，同時降低合金處理成本，提高其成材率。
文檔編號C22F1/05GK1775991SQ20051011067
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月24日 優先權日2005年11月24日
發明者程先華, 李振華 申請人:上海交通大學