一种CuAlMn基形状记忆合金增材制造方法

本发明属于形状记忆材料，涉及一种形状记忆合金增材制造方法，具体涉及一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法。

背景技术：

1、形状记忆合金作为一种新型的功能材料，具有特殊的形状记忆效应、超弹性、阻尼等特点被广泛应用于航空航天，生物医学，机械，化工等领域。其中niti合金作为最常见的形状记忆合金，其价格高昂、相变温度低，可加工性差等限制了进一步的应用。而铜基形状记忆合金相变温度范围广、价格低廉，耐热稳定性，且恢复力大逐渐成为niti合金的替代品。但是，传统的制备方法(如熔炼铸造，粉末冶金等)合金晶粒尺寸较大使得样品塑性差，易脆性断裂和马氏体稳定化。增材制造是利用计算机绘制三维模型，并进行分层制造，过程冷却速度快，能够有效细化晶粒，提高材料性能，同时可进行复杂形状的制备，通过合理的参数优化和外界刺激可实现形状、功能的动态调节。

2、现有技术中如论“cu－al－ni－ti合金激光选区成形工艺及其力学性能”中介绍了基于激光选区熔化(slm)工艺制备了一种具有高致密度、高强度和高硬度的cu－13.5al－4ni－0.5ti形状记忆合金试样。对试样的微观组织进行分析表征，并研究了其在室温和300℃下的拉伸性能。结果表明：当激光能量密度约为110j·mm-3时，试样的相对密度最大，超过99.5％；试样微观组织中平行延伸的板条状马氏体横跨熔化道生长，晶粒平均尺寸约为43um，与铸造试样相比，晶粒得到明显细化；试样在常温下的抗拉强度为(541±26)mpa，断后伸长率为(7.63±0.39)％；在300℃下的抗拉强度提高至(611±9)mpa，断后伸长率提高至(10.78±1.87)％，该合金在高温领域具有一定的应用潜力。

技术实现思路

1、为了解决现有技术制备形状记忆材料的缺陷，本发明的目的在于提供一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法及cualmn基形状记忆合金，不仅低成本、同时能够具有较高的致密度和高形状回复率。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，具体方法包括以下步骤：

4、s1、cualmn基形状记忆合金由以下质量百分含量组成，al:12-13％；

5、mn:5～7％；余量为铜，纯度均为99.99％，将高纯原料混合后进行感应熔炼，并进行均匀化处理；

6、s2、将步骤1中获得的均匀的cualmn合金进行雾化制粉，获得氧含量低于500ppm的雾化合金粉末，并筛选出d10＝10～13.2μm，d50＝25.4～29.4μm，

7、d90＝38.5～53.2μm的不同粒度粉末进行混合；

8、s3、选用商用高纯度纳米nb粉作为添加相，混入s2步骤中的合金粉末，获得混合粉末；

9、s4、将s3步骤中的获得的混合粉末进行4d打印获得cualmn基形状记忆合金样件。

10、进一步优选地，所述s2中的雾化制粉介质为高纯氩气，雾化压力为2-6mpa。

11、进一步优选地，首先利用电子天平(精度为0.0001g)称取适量的合金粉末和纳米nb粉(0.1wt％-3wt％)配制对应比例的粉末，并通过超声混粉设备进行预混粉，设置对应的超声频率为20khz，时间为2h，震动模式为连续式；然后，将预混好的粉末置于v型混粉机中进行二次混粉，时间为16h，并对二次混合的粉末进行筛分，获取适用于4d打印的粒径范围的粉末。在混粉过程中，为了避免混粉过程中粉末氧化、受潮等，需要添加适量的干燥剂和脱氧剂。

12、进一步优选地，所述s4的4d打印具体参数为基板预热150～200℃，激光功率为100～180w；激光扫描速度为400～600mm/s，扫描间距为0.09mm，层厚为0.03～0.05mm，扫描策略为旋转67°。

13、本发明中cualmn基形状记忆合金增材，致密度为98.6～99.8％；预应变形为4-8％的情况下，经过加热回复后，回复率为96～100％，形状记忆应变为2.9～4.31％，压缩断裂应变为1603～1782mpa

14、与现有技术相比，本发明的有益效果：

15、本发明的铜基形状记忆合金粉末及应用具有如下优点及有益的效果：

16、(1)本发明的cualmn基形状记忆合金粉末，由于纳米nb粉的改性，使得合金激光反射率明显降低，提高成形性，样品致密度可达98.6～99.8％，无明显缺陷，断裂强度为1603～1782mpa，利用热应力诱导马氏体的产生，获得全马氏体状态，同时借助微量合金元素的协同作用强化基体，提高形状回复应力，在4～8％的预应变后，经过加热回复，回复率为96～100％，形状记忆应变为2.9～4.31％。

17、(2)本发明的cualmn基形状记忆合金复合粉末在4d打印制备形状记忆合金中，可直接成形复杂形状。

18、(3)本发明使用的cualmn基形状记忆合金粉末可回收再利用，能够有效节约制造成本。

19、(4)本发明的应用在保护气氛中进行，有效避免氧化，降低合金内部的夹杂含量，同时冷却速度快，能够有效细化晶粒，提高合金性能。

技术特征：

1.一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：s1中，al、mn与铜的纯度均为99.99％。

3.根据权利要求1所述的一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：s2中，所述雾化制粉介质为高纯氩气，雾化压力为2-6mpa。

4.根据权利要求1所述的一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：s3具体包括：首先利用电子天平称取适量的合金粉末和纳米nb粉配制对应比例的粉末，并通过超声混粉设备进行预混粉；然后，将预混好的粉末置于v型混粉机中进行二次混粉，时间为10-24h，并对二次混合的粉末进行筛分，获取适用于4d打印的粒径范围的粉末。

5.根据权利要求4所述的一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：所述电子天平的进度为0.0001g。

6.根据权利要求1或4所述的一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：所述超声具体操作为：设置对应的超声频率为10-30khz，时间为2-5h，震动模式为连续式。

7.根据权利要求1或4所述的一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：nb粉的加入量为0.1wt％-3wt％。

8.根据权利要求1所述的一种cualmn基形状记忆合金增材制造方法，其特征在于：s4中，所述4d打印具体参数为基板预热100～200℃，激光功率为100～200w；激光扫描速度为400～700mm/s，扫描间距为0.09mm，层厚为0.03～0.05mm，扫描策略为旋转67°。

9.由权利要求1～8任一项所述制造方法制备得到cualmn基形状记忆合金增材。

10.根据权利要求8所述cualmn基形状记忆合金增材，其特征在于，致密度为98.6～99.8％；预应变形为4-8％的情况下，经过加热回复后，回复率为96～100％，形状记忆应变为2.9～4.31％，压缩断裂应变为1603～1782mpa。

技术总结
本发明属于形状记忆材料技术领域，公开一种CuAlMn基形状记忆合金增材制造方法。所述CuAlMn基形状记忆合金增材制造方法，包括真空熔炼、雾化制粉、机械混粉、4D打印。本发明通过合理控制三元CuAlMn形状记忆合金粉末的基体元素，并添加微量第四元合金元素Nb，借助4D打印的方式，能够有效降低合金粉末的激光反射率，成形件不仅具有高的物理特性，还具有优良的形状记忆性能，致密度可达98.6～99.8％，在4％～8％预变形下，形状回复率为96～100％，形状记忆应变为2.9～4.31％，同时合理调控相变温度，极大降低实际使用过程中的成本，满足增材制造行业低成本、高性能的需求。

技术研发人员：肖志瑜,席晓莹,张建涛,唐浩,李星毅,温利平
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29