CN101886187A

CN101886187A - 一种形状记忆铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101886187A
Application number: CN 201010226604
Authority: CN
Inventors: 王玲; 郭胜利; 赵浩峰
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: CHANGSHU MINGHUI WELDING EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: CN101886187B

Abstract

本发明提供了一种形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分：Zn 19％～21％，Al 5％～7％，Sb 0.5％～0.9％，Sn 0.2％～0.5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Pd 0.005％～0.02％，其余为Cu。本发明还提供了一种形状记忆铜合金的制备方法。本发明的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。

Description

一种形状记忆铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种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1％～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℃，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℃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。该发明中需要加入镓的量非常高，并且镓的成本很高，导致生产成本增加。另外镓及其化合物有毒，毒性远远超过汞和砷。

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℃～1250℃时，浇注成铸锭，加热到800℃～820℃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℃+130～170℃+40～60℃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％，Al3.7％～3.8％，Ni0.9％～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％，Nd1.9％，余为铜。该发明中Ce占复合稀土细化剂的比例相当大，Ce的氧化倾向十分严重，因此在使用中稀土的收得率不会很高，效果不会稳定，另外该复合稀土细化剂使用和保存都不够安全。

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％，Al3％-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

的铸锭。退火处理是加热到820℃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11mm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℃-850℃保温20-40分钟后淬入室温油中，再依次进行140-160℃油中保温20-40分钟、90-100℃水中保温20-30分钟、40-50℃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100℃油和室温水。在此工艺参数下进行20次约束循环训练。该专利没有公开特种复合稀土变质剂的内容。另外处理工艺也十分繁杂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种形状记忆铜合金及其制备方法。

本发明的形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分：Zn为19％～21％，Al为5％～7％，Sb为0.5％～0.9％，Sn为0.2％～0.5％，Gd为0.03％～0.09％，Dy为0.05％～0.5％，Pd为0.005％～0.02％，其余为Cu；

优选地，本发明的形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分：Zn为20％，Al为6％，Sb为0.7％，Sn为0.4％，Gd为0.069％，Dy为0.09％，Pd为0.009％，其余为Cu；

铜合金的基体上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：

Zn：含量为19％～21％，Zn、Al和Cu形成形状记忆合金的基体组织；Zn含量低于19％，达不到效果；Zn含量高于21％，形成过多的Cu-Zn化合物，影响合金的形状记忆性能；

Al：含量为5％～7％，Al、Cu和Zn形成形状记忆合金的基体组织；Al含量低于5％，达不到效果；Al含量高于7％，形成过多的Cu-Al化合物，影响合金的形状记忆性能；

Sb：含量为0.5％～0.9％；Sb和Cu形成六方结构的δ相，该相具有良好的减摩作用。Sb含量低于0.5％，达不到效果；Sb含量高于0.9％，Sb增多，δ相过多，会降低合金的塑性和抗拉强度，δ相在晶界上形成网状，降低材料的韧性。

Sn：含量为0.2％-0.5％；用于提高合金的铸造流动性能，Sn含量低于0.2％，达不到效果；Sn含量高于0.5％，形成过量铜锡化合物，影响合金的形状记忆性能；

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。Gd、Pd和Dy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、Pd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。

Pd：含量为0.005％～0.02％；Pd、Gd和Dy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。Pd含量低于0.005％，达不到效果；Pd含量高于0.02％，由于Pd为稀贵元素，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Zn用化学纯锌粒、Al用电解铝板、Cu用电解铜棒，Sn用金属锭，Sb、Gd、Dy、Pd均使用纯金属颗粒；

2)然后将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1100-1180℃，得到铸态合金；然后再重熔使其均匀化，熔炼温度为1120-1160℃，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；

3)将熔炼好的片状合金在820-860℃的条件下均匀退火，退火时间为6-8h；退火结束后，切割成8mm-12mm的方块，即获得本发明的形状记忆铜合金。

本发明的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。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的形状记忆铜合金的金相组织。

具体实施方式

实施例1

本实施例的形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Zn为19％，Al为5％，Sb为0.5％，Sn为0.2％，Gd为0.03％，Dy为0.05％，Pd为0.005％，其余为Cu。该形状记忆铜合金上带有细小而分散的

晶粒，如图1所示。

本实施例的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Zn用化学纯锌粒、Al用电解铝板、Cu用电解铜棒，Sn用金属锭，Sb、Gd、Dy、Pd均使用纯金属颗粒，

实施例2

本实施例的形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Zn为21％，Al为7％，Sb为0.9％，Sn为0.5％，Gd为0.09％，Dy为0.5％，Pd为0.02％，其余为Cu。该形状记忆铜合金上带有细小而分散的

晶粒，制备方法参照实施例1。

实施例3

本实施例的形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Zn为20％，Al为6％，Sb为0.7％，Sn为0.4％，Gd为0.069％，Dy为0.09％，Pd为0.009％，其余为Cu。该形状记忆铜合金上带有细小而分散的

晶粒，制备方法参照实施例1。

对照例1

本对照例的形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Zn为18％，Al为4％，Sb为0.3％，Sn为0.15％，Gd为0.01％，Dy为0.04％，Pd为0.004％，其余为Cu。制备方法参照实施例1。

对照例2

本对照例的形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Zn为22％，Al为8％，Sb为1.0％，Sn为0.6％，Gd为0.1％，Dy为0.6％，Pd为0.03％，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形状记忆铜合金的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：

合金	达稳定时回复率/％	最大断裂伸长率/％
合金	达稳定时回复率/％	最大断裂伸长率/％	背景技术CN200810019822.9	73-74	-
背景技术CN200710009646.6	-	2.2-3.8	背景技术CN200810019822.9	73-74	-
背景技术CN200710009646.6	-	2.2-3.8	实施例1	75	8
实施例2	76	10	实施例1	75	8
实施例2	76	10	实施例3	76	10
对照例1	68	8	实施例3	76	10
对照例1	68	8	对照例2	70	5

从上表可以看出，实施例1-3的形状记忆铜合金的达稳定时回复率和最大断裂伸长率，都要优于对照例和背景技术，本发明的形状记忆铜合金具有更好的合金性能。

Claims

1.一种形状记忆铜合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Zn 19％～21％，Al 5％～7％，Sb 0.5％～0.9％，Sn 0.2％～0.5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Pd 0.005％～0.02％，其余为Cu。

2.根据权利要求1所述的形状记忆铜合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Zn 20％，Al 6％，Sb 0.7％，Sn 0.4％，Gd0.069％，Dy 0.09％，Pd 0.009％，其余为Cu。

3.一种形状记忆铜合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2)将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1100-1180℃，得到铸态合金；然后再重熔使其均匀化，熔炼温度为1120-1160℃，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；

3)将熔炼好的片状合金在820-860℃的条件下均匀退火，退火时间为6-8h；退火结束后，切割成8mm-12mm的方块，即获得形状记忆铜合金。