CN109365810B - 激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法及产品 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铜基形状记忆合金制备领域，并具体公开了激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法及产品，其将铜基形状记忆合金中各元素的块体按预设的质量比混合后进行真空熔炼得到铸锭，然后以气雾法将铸锭制成平均粒径为20～50μm的粉末，或者在粉末中加入粒径为纳米级的增强相并机械混合以制备复合粉末；在氧含量小于0.1％的惰性气体保护环境下，以粉末或复合粉末为粉末原料利用激光选区熔化增材制造技术制备所需形状的铜基形状记忆合金。本发明具有周期短、成本低、柔性化程度高、冷却速率快的特点，能合成任意形状、成分可调、无偏析和杂质且机械性能和记忆性能优良的铜基形状记忆合金。

Description

激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法及产品
技术领域
本发明属于铜基形状记忆合金制备领域，更具体地，涉及激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法及产品。
背景技术
铜基形状记忆合金由于其良好的超弹性、双向记忆性能、高阻尼性以及廉价性等，被广泛的应用于民用、工业、军事、航空航天及机械制造等领域。尤其是其较高的相变温度，使得铜基形状记忆合金作为高温应用(如热致动器，热传感器)的优选材料，同时其相变温度对组成的变化敏感，因此可以通过调整合金中元素的比例来满足不同应用环境中的各种温度要求，其良好的可加工性为复杂形状零件的制造提供可行性。
由于铜基形状记忆合金本身的脆性在加工过程中容易引起晶间开裂，其制备工艺以及零件加工备受关注。目前铜基形状记忆合金的制备方法有两种，一种是熔铸法，其是将铜基形状记忆合金中各元素的块体材料，按质量比在真空环境下采用电弧、感应、电子束以及等离子体熔炼制锭，然后通过热或者冷加工的方式达到最终尺寸。但是在熔炼过程中，由于冷却速度较慢，元素的熔点以及比重差别，导致铸锭会发生偏析，冷却速率较慢还会导致脆性的γ2相析出，降低材料的力学性能。同时铜基形状记忆合金在热机械加工时还会导致晶粒过分长大和产生氧化层，成品率低，生产成本被提高。
另一种是粉末冶金的方法，主要包括普通烧结、自蔓延高温合成、热等静压和火花等离子体烧结等。其步骤为首先将粉末混合，然后用模具压胚，最后用上述方法整体烧结成形。粉末冶金方法能解决部分熔铸法所存在的问题，它克服了成分偏析和晶粒过分长大的问题，能准确控制合金成分，借助模具可成形简单的半成品零件。但是该方法制备工序复杂、周期长、可能会引入杂质。由于粉末冶金过程中烧结温度在各元素熔点以下，属于固态下制备合金，因此粉末间的间隙无法完全消除，获得铜基形状记忆合金的致密度不高，同时冷却速率较慢，晶粒仍然较为粗大，无法抑制脆性的γ2相析出，机械性能低于传统的熔铸法。由于是整体压胚烧结成形，各个部分的反应速度不一致，导致合成的铜基形状记忆合金成分不均匀。
在零件成形方面，虽然铜基形状记忆合金具有良好的加工性能，但是在制备一些实用化的铜基形状记忆合金零件，如弹簧、管接头、片材等。无论是采用熔铸法还是粉末冶金的方法都必须依赖机械加工或模具才能制备，而且存在能耗大、周期长、成本高等问题。由于原位合成技术是在原料体系内部进行成形，因而具有合成成本低、产物颗粒细小且分布均匀、相表面无污染且成分调控范围大等优点，受到人们的广泛重视。由铜基形状记忆合金的相图可知，马氏体相使得合金具有形状记忆性能以及超弹性。因此铜基形状记忆合金的合金的关键在于防止母相分解生成脆性的γ2相，保证马氏体相的含量。粉末冶金方法合成铜基形状记忆合金属于原位合成的一种，上述合成方法的最大难点是：难以精确控制各部分反应物的生成以及反应速度，合金内部成分存在显著差别；同时间隙过多，合金致密度不高，机械性能差；另外冷却速度慢，无法抑制脆性的γ2相析出，对材料性能产生不利影响。因此，要从根本上解决铜基形状记忆合金的合成及后续加工难题就必须探索低成本、高效的任意形状铜基形状记忆合金制备新方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法及该铜基形状记忆合金，
其通过气雾法制备合金化粉末原料并结合激光选区熔化增材制造技术原位合成任意形状的铜基形状记忆合金，具有周期短、成本低和柔性化程度高、冷却速率快的特点，能合成任意形状、致密度接近100％、成分可调、无偏析和杂质且机械性能和记忆性能优良的铜基形状记忆合金。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法，其包括如下骤：
(1)将铜基形状记忆合金中各元素的块体按预设的质量比混合后进行真空熔炼得到铸锭，然后以气雾法将铸锭制成平均粒径为20～50μm的粉末，或者在粉末中加入粒径为纳米级的增强相并机械混合以制备复合粉末；
(2)在氧含量小于0.1％的惰性气体保护环境下，以步骤(1)制备的粉末或复合粉末为粉末原料利用激光选区熔化增材制造技术制备所需形状的铜基形状记忆合金。
作为进一步优选的，步骤(2)具体包括如下子步骤：
(2.1)在成形基板上铺设一层厚度大于粉末平均粒径的粉末原料，激光能量源按照预设的扫描路径对粉末原料进行激光扫描成形，粉末原料中各成分的原子键在激光的作用下得到破坏，原子键被破坏的各成分在激光熔池内原位发生熔化反应生成铜基形状记忆合金；
(2.2)当一层铜基形状记忆合金成形好后，将基板下降一个铺粉层厚，再在已成形的铜基形状记忆合金层上重新铺设一层厚度大于粉末平均粒径的粉末原料，激光器能量源按照预设的扫描路径对重新铺好的粉末原料进行激光扫描成形，以再次成形一层铜基形状记忆合金。
(2.3)重复步骤(2.2)，直至完成整个铜基形状记忆合金的原位合成加工，最后将成形件从成形基板上切割下来即获得所需的铜基形状记忆合金。
作为进一步优选的，所述激光扫描成形的具体工艺优选为：激光功率为250W～350W，扫描速度为600mm/s～1000mm/s，扫描间距为50μm～90μm，以成形出平整且搭接良好的铜基形状记忆合金。
作为进一步优选的，优选采用连续的YAG或者光纤激光器作为激光能量源，激光光斑直径为50μm～80μm，激光扫描方式为层与层之间旋转67°。
作为进一步优选的，所述真空熔炼的具体工艺为将合金中各元素的高纯金属按一定的质量比放入熔炼炉中进行真空熔炼，反复熔炼3次，使合金成分均匀并减少偏析，得到制备粉末所需铸锭。
作为进一步优选的，所述气雾法的具体工艺为将真空熔炼所得的铸锭放入真空熔炼炉中再次熔化并在熔化的同时通入氩气对熔液形成冲击，液体被气体冲击分散、冷却形成粉末，最后通过筛网筛取选区激光熔化增材制造所需的粉末。
按照本发明的另一方面，提供了一种任意形状的铜基形状记忆合金，其由所述方法制备。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明采用激光选区熔化增材制造技术在实现铜基形状记忆合金原位制备的同时完成任意形状铜基形状记忆合金零件的制备，实现了铜基形状记忆合金材料-结构-功能一体化的制备，解决了铜基形状记忆合金复杂零件加工难的问题。
2.本发明预先采用真空熔炼并气雾法制得的铜基形状记忆合金粉末，比直接机械混合的粉末成分更加均匀，气雾法制备的具有正态分布的粉末，其小颗粒粉末位于大颗粒粉末之间，可以减少大颗粒粉末之间的孔隙，因此最后制备获得的铜基形状记忆合金成分更加均匀且致密。
3.本发明采用较大的光斑直径(50-80μm)，可以提高微熔池的重熔区，保证了熔池以及熔化道之间良好的搭接，减少了气孔的形成，提高了铜基形状记忆合金的致密度。
4.本发明严格控制粉层的铺粉厚度(略大于粉末的平均粒径)，合适的激光能量密度范围(激光功率250W～350W，扫描速度600mm/s～1000mm/s，扫描间距50μm～90μm)，可以避免因激光能量密度过低，粉末不能完全熔化而形成连续且铺展开的熔化道，导致孔隙的形成，降低合金性能，也可以避免因为激光能量密度过大产生的球化、裂纹以及翘曲。
5.本发明的激光选区熔化增材制造技术是通过逐点逐线逐层成形，在各个熔池中的成分均匀融合并反应，以完成设计形状的铜基形状记忆合金的原位合成及熔化堆积成形，无外加压力且冷却速率快，不会发生成分扩散，获得铜基形状记忆合金成分均匀且无杂质。
6.本发明由于高激光能量密度熔化拥有快速加热和快速冷却的特点，粉末瞬间被加热到各成分的熔点以上，各成分无差别熔化，在液相下发生快速、均匀的原位反应扩散，并快速冷却形成铜基形状记忆合金，由于原子间反应快、扩散时间极短而不会导致成分偏析，由于具有高达106-108℃/s的冷却速度，导致母相不会被分解形成脆性的γ2相，而是形式马氏体相，因此铜基形状记忆合金的记忆性能以及超弹性被提升，同时极高的冷却速率，导致晶粒被细化，材料的韧性被提升。
7.本发明与传统方法相比获得的铜基形状记忆合金致密度超过99.5％，晶粒细小，机械性能优良，可恢复形变超过95％，具有良好高温性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金方法的流程图；
图2是气雾法制备的粉末粒径分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供的一种激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法，其包括如下骤：
(1)将铜基形状记忆合金中各元素的块体按预设的质量比混合后进行真空熔炼得到铸锭，然后以气雾法将铸锭制成平均粒径为20～50μm的粉末，制备获得的粉末粒径呈正态分布，如需加入增强相，则在粉末中加入粒径为纳米级(20nm-200nm)的增强相(如TiB2、Zr等)并以机械混合的方式制备复合粉末；
(2)在氧含量小于0.1％的惰性气体保护环境下，以步骤(1)制备的粉末或复合粉末为粉末原料利用激光选区熔化增材制造技术制备所需形状的铜基形状记忆合金，具体包括如下子步骤：
(2.1)在成形基板(例如黄铜基板)上铺设一层粉末原料，铺设厚度大于粉末原料的平均粒径，激光能量源按照预设的扫描路径对粉末原料进行激光扫描成形，成形过程中激光会破坏外加增强相和原有成分(即铜基形状记忆合金的各元素成分)的原子键，然后原子之间原位发生熔化反应生成铜基形状记忆合金，激光扫描成形工艺为：激光功率250W～350W，扫描速度600mm/s～1000mm/s，扫描间距50μm～90μm，以成形出平整且搭接良好的铜基形状记忆合金；
(2.2)当一层铜基形状记忆合金成形好后，将基板下降一个铺粉层厚，再在已成形的铜基形状记忆合金层上重新铺设一层粉末原料，铺设厚度大于粉末原料的平均粒径，激光器能量源按照预设的扫描路径对重新铺好的粉末原料进行激光扫描成形，以再次成形一层铜基形状记忆合金，激光扫描成形工艺同步骤(2.1)；
(2.3)重复步骤(2.2)，直至完成整个铜基形状记忆合金的原位合成加工，最后将成形件从成形基板上切割下来即获得所需的铜基形状记忆合金。
其中，预设的扫描路径采用如下方式获得：将需要成形的三维零件图形的STL文件输入SLM成形设备由相应软件进行分层切片处理，并生成与各切片对应的激光扫描路径。优选的，采用连续的YAG或者光纤激光器作为激光能量源，激光光斑直径50μm～80μm，激光扫描方式为层与层之间旋转67°，在保证激光扫描路径不重复的前提下，最大限度的减少加工时的内应力。
具体的，真空熔炼的具体工艺为将合金中各元素的高纯金属(纯度>99.99％)按一定的质量比放入熔炼炉中进行真空熔炼，反复熔炼3次，使合金成分均匀并减少偏析，得到制备粉末所需铸锭。
气雾法的具体工艺为将真空熔炼所得的铸锭放入真空熔炼炉中再次熔化并在熔化的同时通入氩气对熔液形成冲击，液体被气体冲击分散、冷却形成粉末，最后通过250目的筛网筛取选区激光熔化增材制造所需的粉末，具体的，氩气以3MPa的气压送入，以形成高速气流冲击溶液。制备获得的粉末的粒径如图2所示呈正态分布，由于受到气体的冲击，液体各部分受到的冲击程度不一，且不均匀，导致所形成的液滴有大有小，冷却后形成大小不一的粉末，其中较小粒径粉末和较大粒径粉末占比较少，中间粒径粉末占比较多，整体呈正态分布，采用呈正态分布的粉末，使得小粒径粉末能分布在大粒径粉末之间，减小大粒径粉末之间的孔隙，有利于合金的致密化，减少气孔。
以下为本发明的具体实施例：
实施例1
一种由合金化的粉末直接制备任意形状Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti铜基形状记忆合金的方法，包括以下步骤：
(1)将合金中各元素(即Cu、Al、Ni、Ti)的高纯合金按质量比放入真空熔炼炉中进行熔炼，反复熔炼三次，得到原始铸锭，将铸锭在真空熔炼炉中高温熔化的同时通入氩气对熔体形成冲击，熔体被冲击分散形成小液滴，冷却后形成所需的合金化粉末原料，粉末粒径处于19.5-46.7μm，平均粒径30.5μm；
(2)将制备好的合金化粉末作为原料，采用连续的YAG激光器作为能量源，激光光斑直径80μm，激光的扫描方式为层与层之间旋转67°，以黄铜基板作为成形基板，将需要成形的三维零件图形的STL文件输入SLM成形设备由相应软件进行分层切片处理，并生成激光扫描路径；
(3)在黄铜基板上铺设一层40μm厚的由步骤(1)制备的Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti铜基形状记忆合金粉末原料，激光器根据生成的激光扫描路径，采用激光功率310w，扫描速度800mm/s，扫描间距90μm的参数对粉末层进行成形，使粉末在激光作用下熔化，原子健被破坏，在熔池内原位发生熔化反应生成Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti铜基形状记忆合金，在黄铜基板上形成平整铜基形状记忆合金熔化层；
(4)当一层铜基形状记忆合金成形以后，将黄铜基板下降40μm，再在融化层上铺一层40μm的合金化粉末原料，激光器利用步骤(3)中同样的加工参数按照预定的扫描路径对粉末层重新扫描熔化成形，形成新的熔化层；
(5)重复上述步骤(4)，直至完成整个铜基形状记忆合金的成形，整个成形过程在氧含量低于0.1％的惰性气体保护环境下进行，最后将成形好的铜基形状记忆合金从基板上切割下来，获得具有设计形状且具备记忆功能的铜基形状记忆合金零件，该铜基形状记忆合金的致密度达99.9％，晶粒细小，机械性能优良，可恢复形变达95％具有良好高温性能。
实施例2
一种由合金化的粉末直接制备任意形状Cu-25.5Zn-4Al-0.6Mn铜基形状记忆合金的方法，包括以下步骤：
(1)将合金中各元素(即Cu、Zn、Al、Mn)的高纯合金按质量比放入真空熔炼炉中进行熔炼，反复熔炼三次，得到原始铸锭，将铸锭在真空熔炼炉中高温熔化的同时通入氩气对熔体形成冲击，熔体被冲击分散形成小液滴，冷却后形成所需的合金化粉末原料，粉末粒径处于13.6-71.5μm，平均粒径34.4μm；
(2)将制备好的合金化粉末作为原料，采用连续的光纤激光器作为能量源，激光光斑直径60μm，激光的扫描方式为层与层之间旋转67°，以黄铜基板作为成形基板，将需要成形的三维零件图形的STL文件输入SLM成形设备由相应软件进行分层切片处理，并生成激光扫描路径；
(3)在黄铜基板上预置一层38μm的Cu-25.5Zn-4Al-0.6Mn铜基形状记忆合金粉末原料，激光器根据生成的激光扫描路径，采用激光功率250w，扫描速度600mm/s，扫描间距80μm的参数对粉末层进行成形，使粉末在激光作用下熔化，原子健被破坏，在熔池内原位发生熔化反应生成Cu-25.5Zn-4Al-0.6Mn铜基形状记忆合金，在黄铜基板上上形成平整铜基形状记忆合金熔化层；
(4)当一层铜基形状记忆合金成形以后，将黄铜基板下降38μm，再在融化层上铺一层38μm的粉末，激光器利用步骤(3)同样的加工参数按照预定的扫描路径对粉末层重新扫描熔化成形，形成新的熔化层；
(5)重复上述步骤(4)，直至完成整个铜基形状记忆合金的成形，整个成形过程在氧含量低于0.1％的惰性气体保护环境下进行，最后将成形好的铜基形状记忆合金从基板上切割下来，获得具有设计形状且具备记忆功能的铜基形状记忆合金零件，该铜基形状记忆合金的致密度达99.8％，晶粒细小，机械性能优良，可恢复形变达97％，具有良好高温性能。
实施例3
一种由合金化的粉末直接制备任意形状Cu-13Al-4Ni-2Mn-0.5Ti铜基形状记忆合金的方法，包括以下步骤：
(1)将合金中各元素(即Cu、Al、Ni、Mn、Ti)的高纯合金按质量比放入真空熔炼炉中进行熔炼，反复熔炼三次，得到原始铸锭，将铸锭在真空熔炼炉中高温熔化的同时通入氩气对熔体形成冲击，熔体被冲击分散形成小液滴，冷却后形成所需的合金化粉末原料，粉末粒径处于7.94-49.3μm，平均粒径23.6μm；
(2)将制备好的合金化粉末作为原料，采用连续的光纤激光器作为能量源，激光光斑直径70μm，激光的扫描方式为层与层之间旋转67°，以黄铜基板作为成形基板，将需要成形的三维零件图形的STL文件输入SLM成形设备由相应软件进行分层切片处理，并生成激光扫描路径；
(3)在黄铜基板上预置一层30μm的Cu-13Al-4Ni-2Mn-0.5Ti铜基形状记忆合金粉末，激光器根据生成的激光扫描路径，采用激光功率350w，扫描速度1000mm/s，扫描间距50μm的参数对粉末层进行成形，使粉末在激光作用下熔化，原子健被破坏，在熔池内原位发生熔化反应生成新的Cu-13Al-4Ni-2Mn-0.5Ti铜基形状记忆合金，在黄铜基板上上形成平整铜基形状记忆合金熔化层；
(4)当一层铜基形状记忆合金成形以后，将黄铜基板下降30μm，再在融化层上铺一层30μm的粉末，激光器利用步骤(3)相同的加工参数按照预定的扫描路径对粉末层重新扫描熔化成形，形成新的熔化层；
(5)重复上述步骤(4)，直至完成整个铜基形状记忆合金的成形，整个成形过程在氧含量低于0.1％的惰性气体保护环境下进行，最后将成形好的铜基形状记忆合金从基板上切割下来，获得具有设计形状且具备记忆功能的铜基形状记忆合金零件，该铜基形状记忆合金的致密度达99.9％，晶粒细小，机械性能优良，可恢复形变达98％，具有良好高温性能。
实施例4
一种由合金化的粉末直接制备任意形状Cu-13Al-4Ni-0.5Ti-0.1B铜基形状记忆合金的方法，包括以下步骤：
(1)将合金中各元素(即Cu、Al、Ni、Ti、B)的高纯合金按质量比放入真空熔炼炉中进行熔炼，反复熔炼三次，得到原始铸锭，将铸锭在真空熔炼炉中高温熔化的同时通入氩气对熔体形成冲击，熔体被冲击分散形成小液滴，冷却后形成所需的合金化粉末原料，粉末粒径处于7.79-53.2μm，平均粒径24.5μm；
(2)将制备好的合金化粉末作为原料，采用连续的YAG激光器作为能量源，激光光斑直径50μm，激光的扫描方式为层与层之间旋转67°，以黄铜基板作为成形基板，将需要成形的三维零件图形的STL文件输入SLM成形设备由相应软件进行分层切片处理，并生成激光扫描路径；
(3)在黄铜基板上预置一层30μm的Cu-13Al-4Ni-0.5Ti-0.1B铜基形状记忆合金粉末，激光器根据生成的激光扫描路径，采用激光功率330w，扫描速度900mm/s，扫描间距70μm的参数对粉末层进行成形，使粉末在激光作用下熔化，原子健被破坏，在熔池内原位发生熔化反应生成新的Cu-13Al-4Ni-0.5Ti-0.1B铜基形状记忆合金，在黄铜基板上上形成平整铜基形状记忆合金熔化层；
(4)当一层铜基形状记忆合金成形以后，将黄铜基板下降30μm，再在融化层上铺一层30μm的粉末，激光器利用步骤(3)的加工参数按照预定的扫描路径对粉末层重新扫描熔化成形，形成新的熔化层；
(5)重复上述步骤(4)，直至完成整个铜基形状记忆合金的成形，整个成形过程在氧含量低于0.1％的惰性气体保护环境下进行，最后将成形好的铜基形状记忆合金从基板上切割下来，获得具有设计形状且具备记忆功能的铜基形状记忆合金零件，该铜基形状记忆合金的致密度达99.5％晶粒细小，机械性能优良，可恢复形变达97％，具有良好高温性能。
实施例5
一种由加入增强相(TiB2)复合粉末直接制备任意形状Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti+0.5TiB2铜基形状记忆合金的方法，包括以下步骤：
(1)将合金中各元素(即Cu、Al、Ni、Ti)的高纯合金按质量比放入真空熔炼炉中进行熔炼，反复熔炼三次，得到原始铸锭，将铸锭在真空熔炼炉中高温熔化的同时通入氩气对熔体形成冲击，熔体被冲击分散形成小液滴，冷却后形成所需的合金化粉末原料，粉末粒径处于19.5-46.7μm，平均粒径30.5μm，然后通过机械混合的方式在合金化的粉末中加入0.5wt.％的纳米级TiB2增强相；
(2)将制备好的合金化粉末作为原料，采用连续的YAG激光器作为能量源，激光光斑直径80μm，激光的扫描方式为层与层之间旋转67°，以黄铜基板作为成形基板，将需要成形的三维零件图形的STL文件输入SLM成形设备由相应软件进行分层切片处理，并生成激光扫描路径；
(3)在黄铜基板上预置一层40μm的Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti+0.5TiB2铜基形状记忆合金复合粉末，激光器根据生成的激光扫描路径，采用激光功率320w，扫描速度800mm/s，扫描间距50μm的参数对粉末层进行成形，使粉末在激光作用下熔化，原子健被破坏，在熔池内原位发生熔化反应生成新的Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti+0.5TiB2铜基形状记忆合金，在黄铜基板上上形成平整铜基形状记忆合金熔化层；
(4)当一层铜基形状记忆合金成形以后，将黄铜基板下降40μm，再在融化层上铺一层40μm的粉末，激光器利用步骤(3)同样的加工参数按照预定的扫描路径对粉末层重新扫描熔化成形，形成新的熔化层；
(5)重复上述步骤(4)，直至完成整个铜基形状记忆合金的成形，整个成形过程在氧含量低于0.1％的惰性气体保护环境下进行，最后将成形好的铜基形状记忆合金从基板上切割下来，获得具有设计形状且具备记忆功能的铜基形状记忆合金零件，该铜基形状记忆合金的致密度达99.7％，晶粒细小，机械性能优良，可恢复形变达97％，具有良好高温性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种激光原位制备任意形状铜基形状记忆合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铜基形状记忆合金中各元素的块体按预设的质量比混合后进行真空熔炼得到铸锭，然后以气雾法将铸锭制成平均粒径为20～50μm的粉末，或者在粉末中加入粒径为纳米级的增强相并机械混合以制备复合粉末；
所述真空熔炼的具体工艺为将合金中各元素的高纯金属按预设的质量比放入熔炼炉中进行真空熔炼，反复熔炼3次，使合金成分均匀并减少偏析，得到制备粉末所需铸锭；
所述气雾法的具体工艺为将真空熔炼所得的铸锭放入真空熔炼炉中再次熔化，并在熔化的同时以3MPa的气压通入氩气，以形成高速气流冲击溶液，液体被气体冲击分散、冷却形成粉末，最后通过250目的筛网筛取所需的粉末，制备获得的粉末的粒径呈正态分布；
(2)在氧含量小于0.1％的惰性气体保护环境下，以步骤(1)制备的粉末或复合粉末为粉末原料利用激光选区熔化增材制造技术制备所需形状的铜基形状记忆合金，其中粉末原料瞬间被加热到各成分的熔点以上，各成分无差别熔化，在液相下发生快速均匀的原位反应扩散，并快速冷却形成铜基形状记忆合金，冷却速度为106-108℃/s；具体包括如下子步骤：
(2.1)在成形基板上铺设一层厚度大于粉末平均粒径的粉末原料，激光能量源按照预设的扫描路径对粉末原料进行激光扫描成形，粉末原料各成分的原子键在激光的作用下得到破坏，原子键被破坏的各成分在激光熔池内原位发生熔化反应生成铜基形状记忆合金；
(2.2)当一层铜基形状记忆合金成形好后，将基板下降一个铺粉层厚，再在已成形的铜基形状记忆合金层上重新铺设一层厚度大于粉末平均粒径的粉末原料，激光器能量源按照预设的扫描路径对重新铺好的粉末原料进行激光扫描成形，以再次成形一层铜基形状记忆合金；
(2.3)重复步骤(2.2)，直至完成整个铜基形状记忆合金的原位合成加工，最后将成形件从成形基板上切割下来即获得所需的铜基形状记忆合金；
所述激光扫描成形的具体工艺为：激光功率为250W～350W，扫描速度为600mm/s～1000mm/s，扫描间距为50μm～90μm，以成形出平整且搭接良好的铜基形状记忆合金；
采用连续的YAG或者光纤激光器作为激光能量源，激光光斑直径为50μm～80μm，激光扫描方式为层与层之间旋转67°。
2.一种任意形状的铜基形状记忆合金，其特征在于，由权利要求1所述方法制备。
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