CN109266887B - 一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，涉及铝作次主要成分的铜基合金，步骤是：制备Cu‑11.9Al‑2.5Mn‑0.08Sc‑xNb形状记忆合金，其中，x＝0.5～1.0；对淬火态合金在580～620℃时效之前，又重新加热至850℃并保温10分钟，最终制得高阻尼铜基形状记忆合金产品。本发明在CuAlMn形状记忆合金的制备中加入了稀土元素Sc和金属元素Nb而分别起到净化熔体，细化晶粒与弥散强化，提高界面密度与界面可动性的作用，克服了现有技术中，铜基形状记忆合金制备的方法还存在所制得的铜基形状记忆合金阻尼性能的提高是以牺牲其力学性能为代价或合金中含有易老化相的缺陷。

Description

一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法
技术领域
本发明的技术方案涉及铝作次主要成分的铜基合金，具体地说是一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，各类机械设备的运行正日趋高速、高效和自动化，然而随之而产生的振动和噪声却易使得人体疲劳生病，机械设备寿命缩短同时精度下降，从而严重影响到机械设备功效的进一步提升，也影响到人们的生活环境，因此，减振降噪迫在眉睫。高阻尼材料正是具有高的减振降噪能力的材料，可利用其内部特有的耗能机制将机械能不可逆的转变为热能而耗散掉。因此研究与开发综合性能优异的新型高阻尼材料，对于工业的可持续发展和人类生活环境的改善具有十分重要的意义。
铜基形状记忆合金是一类已经实用化的重要的阻尼材料，然而现有技术所研发的这类材料仍存在由于阻尼能力欠佳，不能满足较高减振降噪设备要求的缺陷。CN107043867A披露了一种多孔铜基形状记忆合金的制备方法，是一种通过多孔化来提高铜基形状记忆合金阻尼的方法，其存在所制得的材料的力学性能差的缺陷。CN102808101A公开了多孔铜基形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，其存在所填充高分子材料易于老化的缺陷。
因此，在现有技术中，铜基形状记忆合金制备的方法还存在所制得的铜基形状记忆合金阻尼性能的提高是以牺牲其力学性能为代价或合金中含有易老化相的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，在CuAlMn形状记忆合金的制备中加入了稀土元素Sc和金属元素Nb，之后再经高温时效而分别起到净化熔体、细化晶粒与弥散强化、提高界面密度与界面可动性的作用，克服了现有技术中，铜基形状记忆合金制备的方法还存在所制得的铜基形状记忆合金阻尼性能的提高是以牺牲其力学性能为代价或合金中含有易老化相的缺陷。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，具体步骤如下：
第一步，制备Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金：
按名义化学成分Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb，其中，x＝0.5～1.0，称取所需原料纯Cu、纯Al、纯Mn、Al-2Sc合金和Al-70Nb合金，总原料质量中各个组分元素所占的质量百分比分别是：Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％，Nb为0.5％～1.0％，其余为Cu，11.9％的Al中包含上述Al-2Sc合金和Al-70Nb合金中的Al的质量，再分别称取占上述原料总质量百分比为0.8～1.2％的精炼剂，占上述原料总质量百分比为0.2～0.3％的木炭粉，之后，先将原料纯Cu置于中频感应加热炉内的石墨坩埚中，待升温至Cu熔化后加入上述木炭粉对Cu液进行覆盖，再依次加入原料纯Mn、原料纯Al、原料Al-70Nb合金和原料Al-2Sc合金，待其中的金属原料全部熔化后搅拌3～4分钟，然后用钟罩压入上述精炼剂进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，并浇入钢制模具中，由此制得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金；
第二步，制备高阻尼铜基形状记忆合金产品：
将上述第一步制得的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金升温至850～900℃并保温15分钟后投入室温的水中淬火，然后将该淬火后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金重新加热至850℃并保温10分钟后放入升温至580～620℃的高纯氩气保护管式气氛炉中，待温度稳定后，保证所放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金每毫米有效厚度保温10～15秒，然后再继续保温7～9分钟，最后将该放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金取出，置于室温的水中进行冷却，制得热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金即高阻尼铜基形状记忆合金产品，其组分元素的质量百分比含量为：Nb为0.5％～1.0％，Cu为84.52％～85.02％，Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％。
上述一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，所述精炼剂由8％Na3AlF6+8％KCl+84％NaCl组成。
上述一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，所涉及的百分比均为质量百分比。
上述一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，其中所用原料均为商购获得，所涉及的工艺和设备均为本技术领域公知的。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著进步：
(1)本发明方法在CuAlMn形状记忆合金的制备中加入了稀土元素Sc和金属元素Nb而起到净化熔体、细化晶粒、提高界面密度与界面可动性的作用，以及弥散强化的作用。因此，本发明方法所制备的高阻尼铜基形状记忆合金在具有高的阻尼本领的同时，还具有优异的力学性能。
(2)本发明方法除了稀土元素Sc和金属元素Nb的加入以外，还专门利用了Al、Mn的质量百分比含量分别为11.9％、2.5％的CuAlMn系形状记忆合金超高的抗母相分解能力。由于CuAl基形状记忆合金均会在565℃左右发生母相的分解，即β→α+γ2，而铜基形状记忆合金的所有功能特性均依赖于母相与马氏体相间的相互转变，因此母相的分解必会造成马氏体含量的降低，从而必定降低铜基形状记忆合金的形状记忆功能特性，同时人们普遍认为，铜基形状记忆合金的高阻尼本领主要来源于马氏体间界面和孪晶界面，以及相转变过程中马氏体相与母相间界面的滑移耗能作用，因而母相的分解以及马氏体量的降低也必定会造成铜基形状记忆合金的阻尼本领降低，所以对于铜基形状记忆合金来讲通常严禁在565℃左右使用或热处理，因此在常规铜基形状记忆合金严禁使用的温度范围内经过适当时长的保温，通过包括α相和γ2相的微量第二相的可控析出同时牺牲微量马氏体，在基体中增加界面数量，从而使得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金具有高的阻尼能力。采用本发明方法制得的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金在室温附近的阻尼最高可高达0.054，其明显高于本发明人团队先前所申请专利CN105568019A披露技术所制备CuAlMn形状记忆合金的阻尼性能。
(3)本发明方法在通过微量第二相的可控析出增加界面以提高阻尼性能的同时，并没有造成Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金力学性能的降低，反而在上述稀土元素Sc、金属元素Nb、以及细小γ2相硬质颗粒所起到的弥散强化作用，而使得CuAlMn形状记忆合金的力学性能获得进一步的提高。众所周知，材料的力学性能与阻尼性能由于产生的机理在本质上不同，甚至相悖，通常不可兼得，即在提高阻尼性能的同时往往要以牺牲力学性能为代价。本发明方法使得CuAlMn形状记忆合金的阻尼性能与力学性能同时获得提高，加上CuAlMn形状记忆合金本身所具有的高的抗马氏体稳定化及抗母相分解的能力，因而本发明制备的CuAlMn形状记忆合金具有重要的工程应用价值。
(4)本发明方法有效消除了淬火空位。众所周知，淬火后铜基形状记忆合金中高浓度的淬火空位会均匀地分布于马氏体晶格中，并逐渐向马氏体界面或位错处迁移造成钉扎效应，从而使得界面或位错的动性以及与之相关的阻尼性能降低。淬火空位的这种钉扎作用同时又可诱发马氏体稳定化现象的发生，使得铜基形状记忆合金的综合性能下降。本发明方法使得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金中的淬火空位大量消失，从而进一步提高了该合金抗马氏体稳定化的能力，使得合金的综合性能得以保障。
(5)本发明方法工艺简单，所需设备常见，易于实现规模化生产。
(6)本发明的发明人团队早先申请了以下相关技术的发明专利，在实际应用中，本发明的发明人团队发现这些早先申请的相关技术存在缺陷，与这些早先申请的相关技术的发明专利相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，并克服这些早先申请的相关技术的缺陷：
1)与CN107043867A一种多孔铜基形状记忆合金的制备方法相比，本发明方法并未将基体多孔化，反而由于金属元素Nb以及高温时效析出相的弥散强化作用，所得产品在阻尼提高的同时力学性能不但不下降，反而升高。
2)与CN102808101A多孔铜基形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法相比，本发明方法所制得的高阻尼铜基形状记忆合金产品不含有易老化相，从而具有更长的使用寿命。
综上，本发明的发明人团队早先申请的相关技术的发明专利均未披露在580～620℃热处理的相关技术。这是由于CuAl基形状记忆合金在此温度附近极易发生母相的分解，造成马氏体相的含量降低。为了保证合金的功能特性不降低，CuAl基形状记忆合金应避免在此温度附近进行时效热处理。而本发明正是在此温度附近严格控制时效工艺，使得母相微量分解，同时加入金属元素Nb而产生多相，以此提高界面密度和材料的阻尼性能，取得了预料不到的技术效果。因此，在上述本发明的发明人团队早先申请的专利的基础上获得本发明要求保护的技术方案绝不是本领域技术人员轻而易举就能得到的。即便在上述对比文件技术的基础上结合本领域的公知常识或常规技术手段，要获的本发明一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，对本领域技术人员来说也绝非是显而易见的。除此之外，本发明方法对淬火态合金在580～620℃时效之前，又重新加热至850℃并保温10分钟，目的是先消除合金中残留的非马氏体相，之后再降温至580～620℃进行时效处理，通过严格控制时效温度与时间，使得均一尺寸的非马氏体相可控析出，在这个工艺的试验过程中本发明的发明人团队付出了创造性的劳动。
下面的实施例将进一步证明本发明方法的突出的实质性特点和显著进步。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1(a)－图1(e)为不同成分和采用不同热处理制得的CuAlMn形状记忆合金产品的金相照片，其中：
图1(a)为900℃淬火Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金的金相照片；
图1(b)为900℃淬火及在580℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的金相照片；
图1(c)为900℃淬火及在600℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的金相照片；
图1(d)为900℃淬火及在620℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的金相照片；
图1(e)为900℃淬火及在600℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金的金相照片。
图2(a)－图2(d)为不同成分和采用不同热处理制得的CuAlMn形状记忆合金产品的扫描电镜照片，其中：
图2(a)为900℃淬火及在580℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的放大倍数为10000的扫描电镜照片；
图2(b)为900℃淬火及在580℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的放大倍数为100000的扫描电镜照片；
图2(c)为900℃淬火及在600℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的放大倍数为10000的扫描电镜照片；
图2(d)为900℃淬火及在600℃保证每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟所得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的放大倍数为100000的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1
第一步，制备Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb形状记忆合金：
按名义化学成分Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb称取所需原料纯Cu、纯Al、纯Mn、Al-2Sc合金和Al-70Nb合金，总原料质量中各个组分元素所占的质量百分比分别是：Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％，Nb为0.5％，其余为Cu，11.9％的Al中包含上述Al-2Sc合金和Al-70Nb合金中的Al的质量，再分别称取占上述原料总质量百分比为0.8％的由8％Na3AlF6+8％KCl+84％NaCl组成的精炼剂，占上述原料总质量百分比为0.2％的木炭粉，之后，先将原料纯Cu置于中频感应加热炉内的石墨坩埚中，待升温至Cu熔化后加入上述木炭粉对Cu液进行覆盖，再依次加入原料纯Mn、原料纯Al、原料Al-70Nb合金和原料Al-2Sc合金，待其中的金属原料全部熔化后搅拌3分钟，然后用钟罩压入上述精炼剂进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，并浇入钢制模具中，由此制得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb形状记忆合金；
第二步，制备高阻尼铜基形状记忆合金产品：
将上述第一步制得的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb形状记忆合金升温至850℃并保温15分钟后投入室温的水中淬火，然后将该淬火后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb形状记忆合金重新加热至850℃并保温10分钟后放入升温至580℃的高纯氩气保护管式气氛炉中，待温度稳定后，保证所放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb形状记忆合金每毫米有效厚度保温10秒，然后再继续保温7分钟，最后将该放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb形状记忆合金取出，置于室温的水中进行冷却，制得热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.5Nb形状记忆合金即高阻尼铜基形状记忆合金产品，其组分元素的质量百分比含量为：Nb为0.5％，Cu为85.02％，Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％。
实施例2
本实施例为对比实施例。
第一步，制备Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金：
按名义化学成分Cu-11.9Al-2.5Mn称取所需原料纯Cu、纯Al和纯Mn，总原料质量中各个组分元素所占的质量百分比分别是：Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，其余为Cu，再分别称取占上述原料总质量百分比为1.0％的由8％Na3AlF6+8％KCl+84％NaCl组成的精炼剂，占上述原料总质量百分比为0.2％的木炭粉，之后，先将原料纯Cu置于中频感应加热炉内的石墨坩埚中，待升温至Cu熔化后加入上述木炭粉对Cu液进行覆盖，再依次加入原料纯Mn和原料纯Al，待其中的金属原料全部熔化后搅拌3分钟，然后用钟罩压入上述精炼剂进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，并浇入钢制模具中，由此制得Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金；
第二步，制备热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金：
将上述第一步制得的Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金升温至900℃并保温15分钟后投入室温的水中淬火，制得热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金。
本对比实施例对应附图图1(a)所示产品，在下面的表1中标记为#1产品。
附图图1(a)显示，本对比实施例的Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金的晶粒粗大，界面密度低，从而不利于形状记忆合金阻尼性能的提高。
实施例3
第一步，制备Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金：
按名义化学成分Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb称取所需原料纯Cu、纯Al、纯Mn、Al-2Sc合金和Al-70Nb合金，总原料质量中各个组分元素所占的质量百分比分别是：Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％，Nb为0.7％，其余为Cu，11.9％的Al中包含上述Al-2Sc合金和Al-70Nb合金中的Al的质量，再分别称取占上述原料总质量百分比为1.0％的由8％Na3AlF6+8％KCl+84％NaCl组成的精炼剂，占上述原料总质量百分比为0.25％的木炭粉，之后，先将原料纯Cu置于中频感应加热炉内的石墨坩埚中，待升温至Cu熔化后加入上述木炭粉对Cu液进行覆盖，再依次加入原料纯Mn、原料纯Al、原料Al-70Nb合金和原料Al-2Sc合金，待其中的金属原料全部熔化后搅拌3分钟，然后用钟罩压入上述精炼剂进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，并浇入钢制模具中，由此制得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金；
第二步，制备高阻尼铜基形状记忆合金产品：
将上述第一步制得的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金升温至900℃并保温15分钟后投入室温的水中淬火，然后将该淬火后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金重新加热至850℃并保温10分钟后放入升温至580℃的高纯氩气保护管式气氛炉中，待温度稳定后，保证所放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟，最后将该放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金取出，置于室温的水中进行冷却，制得热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金即高阻尼铜基形状记忆合金产品，其组分元素的质量百分比含量为：Nb为0.7％，Cu为84.82％，Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％。
本实施例对应附图图1(b)和附图图2(a)、附图2(b)所示产品，在下面的表1中标记为#2产品。
附图图1(b)表明，经580℃时效处理的本实施例的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的晶粒较之实施例2的淬火态Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金的晶粒明显细化。附图图2(a)表明，经580℃时效处理的本实施例的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的马氏体尺寸均一、排列整齐，其内部析出了均匀分布的富Nb颗粒；而由附图图2(b)看出，该合金基体中析出了高度弥散分布的纳米γ2颗粒。
实施例4
本实施例除了第二步中将高纯氩气保护管式气氛炉升温至600℃外，其他均同于实施例3。
本实施例对应附图图1(c)和附图图2(c)、附图2(d)所示产品，在下面的表1中标记为#3产品。
附图图1(c)显示，经600℃时效处理的本实施例的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的晶粒尺寸与经580℃时效处理的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的晶粒尺寸相近。附图图2(c)表明，经600℃时效处理的本实施例的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的马氏体尺寸均一、排列整齐，其内部析出了均匀分布的富Nb颗粒；而由附图图2(d)看出，该合金基体中析出的高度弥散分布的纳米γ2颗粒的尺寸较之图2(b)中所示纳米γ2颗粒的尺寸明显长大。
实施例5
本实施例除了第二步中将高纯氩气保护管式气氛炉升温至620℃外，其他步骤均同于实施例3。
本实施例对应附图图1(d)所示产品，在下面的表1中标记为#4产品。
附图图1(d)显示，经620℃时效处理的本实施例的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的晶粒尺寸与经600℃时效处理的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的晶粒尺寸相近，但马氏体的尺寸明显长大,界面密度降低。
实施例6
第一步，制备Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金：
按名义化学成分Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb称取所需原料纯Cu、纯Al、纯Mn、Al-2Sc合金和Al-70Nb合金，总原料质量中各个组分元素所占的质量百分比分别是：Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％，Nb为0.9％，其余为Cu，11.9％的Al中包含上述Al-2Sc合金和Al-70Nb合金中的Al的质量，再分别称取占上述原料总质量百分比为1.0％的由8％Na3AlF6+8％KCl+84％NaCl组成的精炼剂，占上述原料总质量百分比为0.2％的木炭粉，之后，先将原料纯Cu置于中频感应加热炉内的石墨坩埚中，待升温至Cu熔化后加入上述木炭粉对Cu液进行覆盖，再依次加入原料纯Mn、原料纯Al、原料Al-70Nb合金和原料Al-2Sc合金，待其中的金属原料全部熔化后搅拌3分钟，然后用钟罩压入上述精炼剂进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，并浇入钢制模具中，由此制得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金；
第二步，制备高阻尼铜基形状记忆合金产品：
将上述第一步制得的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金升温至900℃并保温15分钟后投入室温的水中淬火，然后将该淬火后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金重新加热至850℃并保温10分钟后放入升温至600℃的高纯氩气保护管式气氛炉中，待温度稳定后，保证所放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金每毫米有效厚度保温12秒，然后再继续保温8分钟，最后将该放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金取出，置于室温的水中进行冷却，制得热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金即高阻尼铜基形状记忆合金产品，其组分元素的质量百分比含量为：Nb为0.9％，Cu为84.62％，Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％。
本实施例对应附图图1(e)所示产品，在下面的表1中标记为#5产品。
附图图1(e)显示，经600℃时效处理的本实施例的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金的晶粒及马氏体的尺寸均与经600℃时效处理的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金的相近。
表1不同CuAlMn形状记忆合金的阻尼性能与硬度
图1(a)-图1(e)显示为不同成分和不同热处理的CuAlMn基形状记忆合金产品的金相照片，图2(a)-图2(d)显示为不同成分和不同热处理的CuAlMn基形状记忆合金产品的扫描电镜照片。由图1(a)-图1(e)看出，采用本发明方法制备的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.7Nb形状记忆合金以及Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金的晶粒较之Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金明显细化，而从图2(a)-图2(d)看出，掺Nb合金的晶内及晶界处均分布着细小的四方状或颗粒状的富Nb相，它们均会对合金起到晶粒细化与弥散强化的作用。由图2(a)-图2(d)看出，CuAlMn形状记忆合金在淬火后再经580℃、600℃时效处理，合金晶内析出了非常细小的弥散分布的γ2相颗粒，随着时效温度的升高，γ2相颗粒的粒径逐渐长大，且同时在晶界处逐渐析出了块状的α相。γ2相和α相的可控析出，有效地增加界面，以提高材料的阻尼性能，而细小的γ2相硬质颗粒还可起到弥散强化的作用，从而使得CuAlMn形状记忆合金的阻尼与力学性能同时获得提高。
表1列出了不同成分和不同热处理的CuAlMn基形状记忆合金的阻尼性能与硬度。由表1可见，采用本发明方法所制备的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金产品的阻尼及硬度值较之常规淬火热处理的Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金均显著提高。尤其是#2和#3产品，其室温附近的平均阻尼值可由#1产品的0.014分别增长至0.045和0.054，而硬度由91.6HRB分别增长至95.2HRB和96.7HRB。分析认为，稀土元素Sc在Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金中可起到净化熔体、细化晶粒、提高界面密度与界面可动性的作用，而Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金在580～620℃温度范围内，经过适当时长的保温后可析出微量第二相(包括α相和γ2相)，其与富Nb相均可在基体中有效增加界面的数量。由于以上原因，本发明方法所制备的CuAlMn形状记忆合金产品的阻尼性能较之常规淬火处理的Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金获得了显著提高。另外，本发明方法中所加入的Nb元素可起到细化晶粒与弥散强化的作用，同时，微量γ2相亦可起到有效的弥散强化的作用，从而使得本发明方法所制备的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金在阻尼性能获得提高的同时力学性能也获得了明显的提高。
实施例7
第一步，制备Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-1.0Nb形状记忆合金：
按名义化学成分Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-1.0Nb称取所需原料纯Cu、纯Al、纯Mn、Al-2Sc合金和Al-70Nb合金，总原料质量中各个组分元素所占的质量百分比分别是：Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％，Nb为1.0％，其余为Cu，11.9％的Al中包含上述Al-2Sc合金和Al-70Nb合金中的Al的质量，再分别称取占上述原料总质量百分比为1.2％的由8％Na3AlF6+8％KCl+84％NaCl组成的精炼剂，占上述原料总质量百分比为0.3％的木炭粉，之后，先将原料纯Cu置于中频感应加热炉内的石墨坩埚中，待升温至Cu熔化后加入上述木炭粉对Cu液进行覆盖，再依次加入原料纯Mn、原料纯Al、原料Al-70Nb合金和原料Al-2Sc合金，待其中的金属原料全部熔化后搅拌4分钟，然后用钟罩压入上述精炼剂进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，并浇入钢制模具中，由此制得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-1.0Nb形状记忆合金；
第二步，制备高阻尼铜基形状记忆合金产品：
将上述第一步制得的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-1.0Nb形状记忆合金升温至880℃并保温15分钟后投入室温的水中淬火，然后将该淬火后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-0.9Nb形状记忆合金重新加热至850℃并保温10分钟后放入升温至620℃的高纯氩气保护管式气氛炉中，待温度稳定后，保证所放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-1.0Nb形状记忆合金每毫米有效厚度保温15秒，然后再继续保温9分钟，最后将该放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-1.0Nb形状记忆合金取出，置于室温的水中进行冷却，制得热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-1.0Nb形状记忆合金即高阻尼铜基形状记忆合金产品，其组分元素的质量百分比含量为：Nb为1.0％，Cu为84.52％，Al固定为11.9％，Mn固定为2.5％，Sc固定为0.08％。
上述实施例中，所涉及的百分比均为质量百分比，所用原料均为商购获得，所涉及的工艺和设备均为本技术领域公知的。

Claims (2)

1.一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
第一步，制备Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金：
按名义化学成分Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb，其中，x=0.5～1.0，称取所需原料纯Cu、纯Al、纯Mn、Al-2Sc合金和Al-70Nb合金，总原料质量中各个组分元素所占的质量百分比分别是：Al固定为11.9%，Mn固定为2.5%，Sc固定为0.08%，Nb为0.5%～1.0%，其余为Cu，11.9%的Al中包含上述Al-2Sc合金和Al-70Nb合金中的Al的质量，再分别称取占上述原料总质量百分比为0.8～1.2%的精炼剂，占上述原料总质量百分比为0.2～0.3%的木炭粉，之后，先将原料纯Cu置于中频感应加热炉内的石墨坩埚中，待升温至Cu熔化后加入上述木炭粉对Cu液进行覆盖，再依次加入原料纯Mn、原料纯Al、原料Al-70Nb合金和原料Al-2Sc合金，待其中的金属原料全部熔化后搅拌3～4分钟，然后用钟罩压入上述精炼剂进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，并浇入钢制模具中，由此制得Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金；
第二步，制备高阻尼铜基形状记忆合金产品：
将上述第一步制得的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金升温至850～900 oC并保温15分钟后投入室温的水中淬火，然后将该淬火后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金重新加热至850oC并保温10分钟后放入升温至580～620 ℃的高纯氩气保护管式气氛炉中，待温度稳定后，保证所放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金每毫米有效厚度保温10～15 秒，然后再继续保温7～9分钟，最后将该放入的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金取出，置于室温的水中进行冷却，制得热处理后的Cu-11.9Al-2.5Mn-0.08Sc-xNb形状记忆合金即高阻尼铜基形状记忆合金产品，其组分元素的质量百分比含量为：Nb为0.5%～1.0%，Cu为84.52%～85.02%，Al固定为11.9%，Mn固定为2.5%，Sc固定为0.08%。
2.根据权利要求1所述一种高阻尼铜基形状记忆合金的制备方法，其特征在于：所述精炼剂由8%Na3AlF6+8%KCl+84%NaCl组成。
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