专利名称：一种高温形状记忆铜合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高温形状记忆铜合金及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术：
目前金属材料领域中，铜合金的形状记忆性能受到了越来越多的重视。中国专利CN200610161600. 1公开了一种铜锌铝形状记忆合金耐磨材料及其 制备方法，涉及一种形状记忆合金材料的制备技术领域，制备方法为以电解铜、0#锌、 00#铝、电解镍为原材料，按成分配比加入复合稀土细化剂进行熔炼，当合金液温度达到 1230°C 1250°C时，浇注成铸锭，加热到800°C 820°C保温24小时后随炉冷却，然后去 除表面2 3mm的脱锌层，再锻造成板材，在830 870°C +130 170°C +40 60°C条 件下进行两级时效热处理。铜锌铝形状记忆合金耐磨材料按质量百分数计，Zn24.5% 26%, A13. 7% 3. 8%，NiO. 9% 1. 0%，0. 06% 0. 09%的复合稀土细化剂，复合稀土 细化剂的组成以质量百分数计，为La45. 5%，Ce44.9%, Gd7. 7%, Ndl. 9%，余为铜。中 国专利CN200810019822. 9公开了一种提高复合稀土铜锌铝形状记忆合金双程记忆效应 的方法。其特征为制备复合稀土铜锌铝形状记忆合金，其化学成分(重量百分比)为， Zn22% -26%, A13% -4%，特种复合稀土变质剂0. 2% _0.6%，余为铜。熔炼后浇注成直 径为cp80xl50mm的铸锭。退火处理是加热到820°C保温24小时后随炉冷却，然后去除表 面2-3mm的脱锌层，再锻打至Ilmm厚的板材，最后轧制成0. 3mm薄板。设置热处理工艺，其 具体工艺为820°C _850°C保温20-40分钟后淬入室温油中，再依次进行140_160°C油中保 温20-40分钟、90-100°C水中保温20-30分钟、40_50°C水中保温20-30分钟三级时效处理。 选取的预应变量分别是为15%。循环介质分别为10(TC油和室温水。在此工艺参数下进行 20次约束循环训练。以上两种记忆合金由于都使用大量的锌，因此难以提高马氏体的相变 温度。中国专利CN200710009646. 6公开了一种镍锰铜镓高温形状记忆合金及其制备方 法，涉及一种合金。提供一种具有高马氏体相变温度，较好塑性的镍锰铜镓高温形状记忆合 金及其制备方法。其组成及其按原子百分比的含量为镍50% 57%、锰17% 25%、铜
8%、镓17% 25%。将镍、锰、铜和镓放入炉内，抽真空充入氩气熔炼，得镍锰铜镓 高温形状记忆合金锭材；将合金锭材热处理，温度为850 900°C，随炉冷却；将经过热处理 的镍锰铜镓高温形状记忆合金锭材在850 950°C热轧，将镍锰铜镓高温形状记忆合金锭 材热轧成片状合金材料；将得到的片状合金材料用线切割方法切成试样，热处理后，冰水淬 火，即得到镍锰铜镓高温形状记忆合金。上述的记忆合金中加入镓的量非常高，由于镓的成 本很高，因此导致生产成本加大。另外镓及其化合物有毒，毒性远远超过汞和砷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种高温形状记忆铜合金及其制 备方法。
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本发明的高温形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分Ni 6% 8%，Al 7 11%，Sb 0. 5% 0. 9%, Mn 2% 5%，Gd 0. 03% 0. 09%, Dy 0. 05% 0. 5%，Y 0. 005% 0. 02%，其余为 Cu。优选地，本发明的高温形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分Ni 7%, Al 9%, Sb 0. 7%, Mn 3%, Gd 0. 06%, Dy 0. 2%, Y 0.01%，其余为 Cu。铜合金的基体组织致密，基体上弥散分布有细小的化合物相。本发明合金各成分及其成分的含量的选择基于下列理由Ni 含量为6% 8%，Ni和Cu、Al形成形状记忆合金的基体组织；Ni含量低于 6%，达不到效果；Ni含量高于8%，Ni会过多消耗Al形成NiAl中间化合物，降低达稳定时 的回复率；Al 含量为7% 11%，Al和Cu、Ni形成形状记忆合金的基体组织；Al含量低于 7%，达不到效果；Al含量高于11%，形成过多的Y 2相，降低达稳定时的回复率；Sb:含量为0.5% 0.9% ;Sb和Cu、Mn形成化合相。Sb含量低于0. 5%，达不到 效果；Sb含量高于0. 9%，化合物相过多，会降低合金的塑性和抗拉强度，因为Sb增多，化合 物相在晶界上形成网状，降低材料的韧性。Mn:含量为2% 5%;Mn和Sb、Cu形成化合相。Mn含量低于2%，达不到效果；Mn 含量高于5%，化合物相过多，会降低合金的塑性和抗拉强度，因为Mn增多，化合物相在晶 界上形成网状，降低材料的韧性。Gd 含量为0. 03% 0. 09%，Gd有圆整化合物相的作用，该相具有良好减摩作用， 同时有合金强化作用。GcUDy和Y共同作用不仅可细化复杂化合物颗粒，而且能细化基体组 织的作用，通过晶粒细化可以降低铜基合金沿晶断裂的倾向，从而改善合金的延展性及抗 疲劳性能，提高形状记忆的稳定性。Gd含量低于0. 03%，达不到效果；Gd含量高于0. 09%, 由于Gd为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的 力学性能。Dy 含量为0.05% 0.5% ；Dy和Gd、Y共同作用不仅可细化复杂化合物颗粒，而 且能细化基体组织的作用，通过晶粒细化可以降低铜基合金沿晶断裂的倾向，从而改善合 金的延展性及抗疲劳性能，提高形状记忆的稳定性。Dy含量低于0. 05%，达不到效果；Dy含 量高于0. 5 %，由于Dy为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合 物，降低材料的力学性能。Y 含量为0. 005% 0. 02%;Y和GcUDy共同作用不仅可细化复杂化合物颗粒，而 且能细化基体组织的作用，通过晶粒细化可以降低铜基合金沿晶断裂的倾向，从而改善合 金的延展性及抗疲劳性能，提高形状记忆的稳定性。Y含量低于0.005%，达不到效果；Y含 量高于0. 02 %，由于Y为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合 物，降低材料的力学性能。本发明的高温形状记忆铜合金的制备方法，包括下列步骤1)准备各组分的原料，其中Al用电解铝板，Cu用电解铜棒，Ni、Mn用金属锭，Sb、 Gd、Dy、Y均使用纯金属颗粒；2)将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1110-1190°C，得到铸态合金；然后再重熔使其均勻化，熔炼温度为1160-1190°C，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；3)将熔炼好的片状合金在830-860°C的条件下均勻退火，退火时间为6_8h ；退火 结束后，切割成8mm-12mm的方块，即获得高温形状记忆铜合金。本发明的高温形状记忆铜合金及其制备方法具有下列技术效果1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能 好，具有更好的高温形状记忆性能；2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。
图1为本发明实施例1制得的高温形状记忆铜合金的金相组织。
具体实施例方式实施例1本实施例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分Ni 6%, Al 7%, Sb 0.5%，Mn 2%, Gd 0. 03%, Dy 0. 05%, Y 0. 005%，其余为Cu。该高温形状记忆铜合金 上带有细小而分散的化合物相，如图1所示。本实施例的高温形状记忆铜合金的制备，包括下列步骤1)准备各组分的原料，其中Al用电解铝板，Cu用电解铜棒，Ni、Mn用金属锭，Sb、 Gd、Dy、Y均使用纯金属颗粒；2)将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1110-1190°C，得到铸态合金；然后再 重熔使其均勻化，熔炼温度为1160-1190°C，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；3)将熔炼好的片状合金在830-860°C的条件下均勻退火，退火时间为6_8h ；退火 结束后，切割成8mm-12mm的方块，即获得高温形状记忆铜合金。实施例2本实施例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分Ni 8%, Al 11%, Sb 0.9%，Mn 5%, Gd 0. 09%, Dy 0. 5%，Y0. 02%，其余为 Cu。该高温形状记忆铜合 金上带有细小而分散的的晶粒，制备方法参照实施例1。实施例3本实施例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分Ni 7%, Al 9%, Sb 0.7%，Mn 3%, Gd 0. 06%, Dy 0.2%，Y 0.01%，其余为Cu。该高温形状记忆铜合金上 带有细小而分散的化合物相，制备方法参照实施例1。对照例1本对照例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分Ni 5%, Al 6%, Sb 0. 4%, Mn l%,Gd 0. 02%, Dy 0. 04%, Y 0. 004%，其余为 Cu。制备方法参照实施例 1。对照例2本对照例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分Ni 9%, Al 12%, Sb 1. 0%, Mn 6%, Gd 0. 1%, Dy 0. 6%，Y0. 03%，其余为 Cu。制备方法参照实施例 1。实施例4
比较背景技术、对照例和实施例中的高温形状记忆铜合金的逆马氏体相变温度、 达稳定时回复率和最大断裂伸长率，其结果如表1所示表1合金性能对照 从上表可以看出，实施例1-3的高温形状记忆铜合金的达稳定时回复率、最大断 裂伸长率和逆马氏体相变温度，都要好于对照例和背景技术，本发明的高温形状记忆铜合 金具有更好的合金性能。
权利要求
一种高温形状记忆铜合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分Ni 6％～8％，Al 7～11％，Sb 0.5％～0.9％，Mn 2％～5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Y 0.005％～0.02％，其余为Cu。
2.根据权利要求1所述的高温形状记忆铜合金，其特征在于，按照重量百分比包括下 列成分Ni 7%, Al 9%, Sb 0. 7%, Mn3%, Gd 0. 06%, Dy 0.2%，Y 0.01%，其余为 Cu。
3.—种高温形状记忆铜合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤1)准备各组分的原料，其中Al用电解铝板，Cu用电解铜棒，Ni、Mn用金属锭，Sb、Gd、 Dy、Y均使用纯金属颗粒；2)将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1110-1190°C，得到铸态合金；然后再重熔 使其均勻化，熔炼温度为1160-1190°C，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；3)将熔炼好的片状合金在830-860°C的条件下均勻退火，退火时间为6-8h；退火结束 后，切割成8mm-12mm的方块，即获得高温形状记忆铜合金。
全文摘要
本发明提供了一种高温形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分Ni 6％～8％，Al 7～11％，Sb 0.5％～0.9％，Mn 2％～5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Y 0.005％～0.02％，其余为Cu。本发明还提供了一种高温形状记忆铜合金的制备方法。本发明的高温形状记忆铜合金及其制备方法具有下列技术效果1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，具有更好的高温形状记忆性能；2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。
文档编号C22F1/08GK101886186SQ20101022659
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者何美琴, 王玲, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学