一种铜基形状记忆合金及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种铜基形状记忆合金及其制备方法和用途，所述合金按质量百分比计包括以下元素：Al 6～13％，Mn 2～12％，Co 0.5～2％，Ga 0～2％，杂质0～0.2％，余量为Cu。所述铜基合金的制备方法包括以下步骤：(1)根据合金成分称取原料并进行真空熔炼，然后在定向凝固冷却系统中进行冷却，制得铸锭；(2)将步骤(1)得到的铸锭进行热机械处理，得到合金A；任选地，进行步骤(3)将得到的合金A进行压延、焊接、抛光和装配处理，制成成品。本发明专利技术所述合金具有较高的强度和良好焊接性能，并保持较低的马氏体相变温度，同时其制造工艺简单，成本低，可广泛应用于眼镜、服饰、耳机和手机天线制造领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料
，涉及一种铜基合金及其制备方法和用途，尤其涉及 一种新型仿金铜基形状记忆合金及其制备方法和用途。
技术介绍
随着电脑、手机等电子产品的大量涌现，患近视的人越来越多了，佩戴眼镜的人也 越来越多，因此带动了眼镜行业的飞速发展。目前，世界眼镜市场有上千亿美元的市场，其 中中国所占市场比例约为8成，主要是生产镜架。因此，要求所使用的材料具有一定的硬 度、柔软性、弹性、耐磨性、耐腐蚀性、重量、光泽和色泽等。其实，不仅仅在眼镜行业需要这 种类型的材料，在其他很多行业中也会亟需类似材料，比如衣物（如文胸、免烫衣服、高档 摁扣）、装饰品或电子领域等。 在过去的几十年中，镍钛合金因其具有良好的力学性能、腐蚀抗力、形状记忆效 应、超弹性和阻尼等特性，得到了广泛的应用。但其具有下列不足之处：生产困难，加工工艺 繁杂；钛和镍均系战略物资，成本高，其成本为铜合金的5倍；焊接性能很差；作为镜架强度 偏软，马氏体相变偏高（〇°C左右），不适于较寒冷地区和冬季使用。同样的，钛及钛合金材 料也有相似缺点。 为此，找到一种新型、超弹性好、强度大、耐腐蚀、制造工艺简单和成本低的材料具 有重要意义。 专利CN102400008A介绍了一种高性能铜基形状记忆合金材料，其由铜、锌、铝、微 量元素及混合溶剂组成。首先将原料在600~700°C下均匀化处理，再保温1小时随炉冷 却；所得原料在700~900°C下固溶处理10~20分钟后淬水；再在100~150°C温度下时 效20~50分钟；再进行冷轧制处理得到该合金材料。 专利CN103421984A公开了一种超高强CuNiAl系弹性铜合金材料及其制备方法， 所述合金化学组分为：附6.50~10.0(^七％洫11.00~3.0(^七％ ;510.80~1.0(^七％; Mg 0~0· 20wt% ;Ce 0~0· 15wt% ;Zr 0~0· 15wt% ;余量是Cu和不可避免的杂质。合 金制备过程包括：熔铸、热轧、冷轧、固溶处理、冷精轧、和时效处理等步骤。 上述材料中铜、锌和铝使合金出现严重记忆退化，同时Cu-Al-Ni很脆，其马氏体 相变温度也较高，不经进一步处理无法满足使用需求。
技术实现思路
为了满足上述现有技术中材料强度和焊接性能差、马氏体相变温度高、生产困难、 加工工艺繁杂和成本高等问题，本专利技术提出了一种新型仿金铜基形状记忆合金及其制备方 法和用途，使其具有较高的强度和良好的焊接性能，并保持较低的马氏体相变温度，同时其 制造工艺简单，成本低。 为达此目的，本专利技术采用以下技术方案： 一种铜基形状记忆合金，所述合金按质量百分比计包括以下元素： Al 6 ~13% Mn 2-12% Co 0.5-2% Ga 0~2%且不包括0 杂质 0~0.2% 余量为Cu。 其中，Al 的质量百分比可为 6%、6· 1%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、12· 9% 或 13 等；Mn 的质量百分比可为 2%、2· 1%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、 11.9%或12%等；(：〇的质量百分比可为0.5%、0.51%、0.7%、0.9%、1%、1.2%、1.4%、 I. 6%、L 8%、L 99%或 2%等；Ga 的质量百分比可为(λ 01%、(λ 3%、0· 5%、0· 7%、0· 9%、 1 %、L 2 %、L 4 %、L 6 %、L 8 %、L 99 %或2 %等；杂志的质量百分比可为0、0· 01 %、 0·05%、0· 1%、0· 15%、0· 19%或 0.2%等；余量为 Cu。 优选地，所述合金按质量百分比计包括以下元素： Al 9% Mn 10% Co 0.6% Ga 0.5% 杂质 0~0.2% 余量为Cu。 其中，所述铜基形状记忆合金具有超弹性，所述超弹性是指处于母相或多种马氏 体相状态的形状记忆合金（SM)在外力作用下产生远大于其弹性极限应变量的应变，卸载 后应变可自动恢复的现象。 上述铜基合金呈仿金色。 以上所述Al、Mn、Co和Ga四种元素中，除Co外均能在固态与Cu形成有序的马氏 体相变，产生超弹性;Al作为形成超弹性合金的主要元素，Mn能够扩大元素 Al在合金中的 作用，提高塑性；Ga与Cu在高温下形成β相，能增加合金在磁场作用下的超弹性，Co可以 强化Cu从而使合金不产生脆性。 以上所述合金成分是根据下列公式进行设计的： Ms(K) = 1192-25. 2XA1 质量百分比-73. 2XMn质量百分比-19X (Co+Ni)质量百 分比-IOXGa质量百分比 根据上述公式和要求的合金的使用温度来设计合金的成分。 当所述合金处于高温相时，其强度高、弹性好，而低温相软而塑，因此为了使合金 具有高强度同时保持良好的弹性，需要合金始终处于高温相。故需要高温相开始形成点 As (马氏体逆转变开始的温度，单位°C )和高温相形成结束点Af (马氏体逆转变终止的温 度，单位°C )低于材料的使用温度；其马氏体转变开始的温度MsCC )更要低于材料的使用 温度。 影响马氏体相变的温度因素有很多，但更主要的是材料的组成，如Al对Ms点的影 响很大，当Al含量高于13 %时合金太脆，当Al含量低于6 %时合金无记忆特性；当Co含量 高于2%时，生产成本太高（金属Co的价格约为每公斤600元），其含量低于0. 5%时，其对 合金的强韧化作用不大；当Ga含量高于2%时会使合金脆化。 优选地，所述铜基形状记忆合金是通过真空熔炼，然后在冷却系统中进行冷却再 经热机械处理制备得到的。 优选地，所述冷却系统为定向凝固冷却激冷系统。 以上所述的铜基形状记忆合金的制备方法，所述方法包括以下步骤： (1)根据合金成分称取原料并进行真空熔炼，然后在冷却系统中进行冷却，制得铸 锭； (2)将步骤（1)得到的铸锭进行热机械处理，得到合金A。 任选地，进行步骤（3)将得到的合金A进行压延、焊接、抛光和装配处理，制成成 品，例如对得到的合金A进行冷压变形进一步细化组织，可制成眼镜架等；随后对其进行机 加工、银焊和抛光等处理，装配成最终产品。 步骤（1)中根据所述的合金成分称取的原料为含有上述元素的金属或合金，如金 属Cu、金属A1、金属Μη、金属Co、金属Ga以及所述金属的合金。 优选地，步骤（1)中所述真空熔炼的真空度为10~20Pa，例如10Pa、10.1 Pa、 llPa、12Pa、13Pa、14Pa、15Pa、16Pa、17Pa、18Pa、19Pa、19. 9Pa 或 20Pa〇 优选地，所述真空熔炼的温度为1100~1220°C，例如1100°C、1100. 1°C、1110°C、 1120 °C、1130 °C、1140 °C、1150 °C、1170 °C、1180 °C、1190 °C、1200 °C、1210 °C、1219. 9 °C 或 1220°C 等。 优选地，所述冷却系统为定向凝固冷却系统，此处所述定向凝固冷却为高强激冷， 为创新性高强激冷手段，其使得液态金属凝固时向单一方向发展，得到定向柱状晶体。定 向柱状晶体中杂质易排除，结晶紧密，与柱晶垂直方向上强度大。所述高强即为冷却速度 很快的激冷手段，高强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜基形状记忆合金，其特征在于，所述合金按质量百分比计包括以下元素：

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐嘉辉，
申请(专利权)人：无锡源创机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32