高性能Cu基形状记忆合金组织设计研究进展

Cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展前景的一类形状记忆合金。但普通多晶组织Cu基形状记忆合金在应用时存在塑性差、易发生晶界开裂、疲劳寿命短、马氏体相变临界应力低等问题,严重制约了其应用范围,通过合理的组织设计可有效解决这些问题。综述了近年来高超弹性、高马氏体相变临界应力Cu基形状记忆合金组织设计方面的研究进展。研究发现,按照获得具有高相变应变的晶粒取向、获得大的晶粒尺度、获得平直的低能晶界等组织设计原则制备的竹节晶组织和柱状晶组织Cu基形状记忆合金的超弹性可达到7%以上。再经热处理析出贝氏体强化相后,可获得超弹性大于5%,马氏体相变临界应力大于650 MPa的优秀性能。

Cu基形状记忆合金的应用进展

形状记忆合金作为一种智能型功能材料,自1962年首次获得应用以来,在众多相关领域得到了越来越多的关注和应用。Cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展潜力的一类形状记忆合金。近几年,智能系统的迅速发展和高性能Cu基形状记忆合金的开发较大的推动了Cu基形状记忆合金的应用。综述了近5年Cu基形状记忆合金在交通运输、机械制造、土木建筑、生物医疗等方面的最新应用实例,并对其未来发展方向进行了展望。

单晶Cu-Al系形状记忆合金制备研究

设计单晶熔炼炉和单晶结晶器炼制单晶Cu-Al-Be和Cu-Al-Ni来减轻晶界影响。该装置的新颖性在于单晶结晶器从单晶炉的顶端自上而下通过整个炉膛完成选晶,并且保证单晶稳定生长。试验研究表明,自行设计制造的单晶定向凝固炉成功地拉制出了Cu-Al-Be形状记忆合金单晶试样。

热处理对Cu-Zn-Al形状记忆合金单程形状记忆效应的影响

研究了在SME法训练条件下 ,等温淬火热处理对Cu Zn Al形状记忆合金单程形状记忆效应 ηO 的影响及与“淬火 +上淬”热处理的比较。研究结果表明 ,等温时间如能保证合金充分有序化 ,又不使合金发生偏聚和析出其它相时 ,可获较好单程形状记忆效应训练效果。等温时间 8min的单程回复率 ηO 较佳 ,训练达到稳定时 ,比等温3min得到的最差的 ηO 值高出约 83%。随训练次数增加 ,位错增加 ,晶格原子有序度降低 ,单程形状记忆效应先急剧下降 ,后缓慢下降 ,最后趋于稳定。比较试验发现 ,“淬火 +上淬”处理比等温淬火处理具有更好的单程形状记忆效应训练效果。因为后者的母相 马氏体共格关系不如前者 ,并可通过时效获得最佳有序畴尺寸。经充分训练后 ,前者最终的单程回复率 ηO 比后者的高出 34%。

Cu基形状记忆合金的阻尼及记忆效应的应用

综合回顾了Cu基形状记忆合金的研究发展现状,并概述了其阻尼机制及分类,分析了Cu-Al、Cu-Zn系合金的阻尼能力和影响因素,并介绍了Cu基形状记忆合金的应用,提出了其应用推广前要解决的问题.最后给出了一些应用实例.

生理盐水中表面钝化Cu-Zn-Al形状记忆合金的腐蚀行为

采用重铬酸钾法和苯并三氮唑法(BTA)对Cu-Zn-Al形状记忆合金进行钝化,采用盐雾试验和电化学方法研究了表面钝化的Cu-Zn-Al形状记忆合金在生理盐水中的腐蚀行为.结果表明,在生理盐水中重铬酸钾法钝化和苯并三氮唑法钝化Cu-Zn-Al形状记忆合金具有较高的耐蚀性能和抗失泽性能是由于合金表面形成电化学性能稳定的阻碍膜层及其化学效应所致.重铬酸钾法钝化Cu-Zn-Al形状记忆合金表面膜层主要是(CrCu)2O3.(CuZn)O.xH2O的水合尖晶石氧化物组成.BTA钝化时,Cu-Zn-Al形状记忆合金的表面形成了Cu(Ⅰ)-BTA络合物的表面膜.

Cu基形状记忆合金的电阻点焊连接工艺研究

采用金相观察、拉伸、扫描电镜等方法,研究了CuZnAl形状记忆合金交流点焊焊接接头的机械性能、形状恢复率等,并研究了热处理和焊接工艺参数对焊接接头机械性能和形状恢复率的影响,给出了获得较高形状恢复率接头的焊接参数.焊后热处理能够细化CuZnAl形状记忆合金的晶粒组织,在一定程度上提高了合金的综合机械性能,一定冷热循环次数后,焊接接头形状恢复率达到较高水平并趋于稳定.

Cu基形状记忆合金发展现状及展望

综合回顾了Cu基形状记忆合金的研究发展现状,介绍了Cu基形状记忆合金的实际使用的优缺点,目前的开发现状,常用的制备方法,并指出了现有的制备方法中的不足,最后提出了对未来的发展趋势的展望.

退火态Ti-50Ni和Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金丝相变行为对比

用X射线衍射仪和示差扫描热分析仪对比研究了350~700℃退火态Ti-45Ni-5Cu和Ti-50Ni形状记忆合金丝的相变行为。结果表明,退火态Ti-45Ni-5Cu和Ti-50Ni合金丝室温组成相皆为单斜结构的马氏体B19′;随退火温度升高,Ti-50Ni形状记忆合金丝的冷却/加热相变类型由B2→R→B19′/B19′→B2型向B2→B19′/B19′→B2型转变(B2,CsCl型结构;R,凌方结构;B19′,单斜结构),马氏体逆相变温度在72~80℃之间变化,相变热滞在41~33℃之间变化;Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金丝的冷却/加热相变类型始终保持B2→B19′/B19′→B2型,马氏体逆相变温度在46~65℃之间变化,相变热滞在22~24℃之间波动。与Ti-50Ni形状记忆合金丝相比,Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金丝的相变类型稳定,相变温度低,相变热滞窄。拥有较窄相变热滞的Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金可用于制作温敏动作器。

退火态Ti-50Ni和Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金丝显微组织和拉伸性能对比

用X射线衍射仪、光学显微镜和拉伸试验等研究了退火温度(Ta)对Ti-50Ni和Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金丝相组成、显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,退火态Ti-50Ni和Ti-45Ni-5Cu合金丝室温组成相均为单斜结构的马氏体B19′和CsCl型结构的母相B2。350~550℃退火态Ti-50Ni和Ti-45Ni-5Cu合金丝皆处于回复阶段,组织呈现纤维状,600~700℃退火态合金丝处于晶粒长大阶段,组织呈等轴状;两种合金的再结晶温度均在550~600℃之间。Ti-50Ni和Ti-45Ni-5Cu合金丝的抗拉强度(Rm)和马氏体再取向平台长度(LM)相近,Ti-50Ni合金丝的马氏体再取向应力(σM)和伸长率(A)大于Ti-45Ni-5Cu合金丝。随Ta升高,两种合金丝的Rm和LM下降,A升高,σM先下降后上升,Ti-50Ni合金丝σM的最小值102.8 MPa在450~500℃退火态合金丝中取得,Ti-45Ni-5Cu合金丝σM的最小值63.3 MPa在400℃退火态合金丝中取得。

选区激光熔化和传统粉末冶金法制备Cu−Al−Ni−Mn−Zr形状记忆合金的对比

研究和分析选区激光熔化(SLM)与传统粉末冶金(PM)法制备Cu−11.3Al−3.2Ni−3.0Mn−0.5Zr形状记忆合金的显微组织特征和热稳定性差异。PM样品是将106~180μm预合金粉末在氩气气氛、1060℃下烧结制备的,无辅助加工,SLM样品是在Cu−10Sn基板上熔化32~106μm的预合金粉末制备的。通过维氏硬度试验评价材料的力学性能,采用差示扫描量热法测定马氏体相变温度,采用X射线衍射谱鉴定相成分,利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析显微组织特征。结果表明,两种方法制备的合金中均发现β′1马氏体相,而在PM样品中存在粗大的马氏体变体。传统的粉末冶金样品在室温下会形成晶间共析成分和稳定的奥氏体。PM样品具有与SLM样品相似的平均硬度值,而与孔隙率相关的标准偏差较高。SLM样品具有可逆的马氏体相变(T0=171℃),而PM样品没有形状记忆效应。

铜基形状记忆合金耐热稳定性的研究

综述了铜基形状记忆合金耐热稳定性(热弹性马氏体的稳定化、母相时效效应、热循环效应),以及提高铜基形状记忆合金耐热稳定性的途径。

形状记忆合金及其应用

形状记忆合金是近几十年发展起来的一种新型功能材料。本文对Ni-Ti基合金、Cu基合金和Fe基合金的分类、记忆机理、记忆性能以及它们在不同领域的应用进行了评述,并展望了其应用前景。

CuZnAl(Mn)形状记忆合金母相时效变化机理的探讨

借助电阻测量、X—ray衍射分析，本文探讨了CuZnAl（Mn）形状记忆合金母相时效变化机理。实验表明CuZnAl（Mn）形状记忆合金母相时效As-τ曲线呈复杂的变化；X—ray衍射分析母相有序度提高。本文提出母相时效发生了空位迁移和有序转变．两者联合作用控制着As—τ曲线的变化．

建筑智能隔震用非晶形状记忆合金的研究

采用铜模浇注法进行了φ2 mm建筑智能隔震用Ti_(54)Cu_(40)Mg_(5.5)Sn_(0.5)非晶形状记忆合金的制备,并对其进行了扫描电镜、X射线衍射下的物相分析以及在-40、-20、0、20℃条件下的力学性能测试。结果表明,采用铜模浇注法,可制备出力学性能较好的建筑智能隔震用Ti_(54)Cu_(40)Mg_(5.5)Sn_(0.5)非晶形状记忆合金,其中20℃压缩断裂强度为2286 MPa、压缩断裂应变量为2.87%、冲击吸收功为69 J,且具有较好的低温力学性能。

Cu-Al-Mn-Zn-Zr记忆合金的显微组织与力学行为

利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜观察和力学性能测试等手段研究了Cu 18.4Al 8.7Mn 3.4Zn 0.1Zr(摩尔分数,%)记忆合金(多晶)在不同温度与组织下变形时的力学行为。实验合金在不同温度下变形时延伸率不同,变形温度(Td)在Ms与Af之间时的延伸率小于变形温度(Td)高于Af时的延伸率。对实验合金施加应力时,最初的变形主要来自应力诱发马氏体,继而发生马氏体变体择优合并,二者对合金的变形都有贡献;变形量更大时,变体界面共格性被破坏,部分马氏体丧失热弹性。少量α相的析出不影响记忆效应,可使延伸率得以提高。

SME训练Cu-Zn-Al合金的形状记忆效应研究

研究了经SME训练Cu Zn Al合金的单向记忆动作敏感性、单向形状恢复率 ηO 和双向形状恢复率 ηT。结果表明 :随训练次数增加 ,单向记忆的动作敏感性快速下降 ,当训练 10次 ,No .1和No.2合金已分别下降 5 8%和 5 4 % ,然后缓慢下降和趋于稳定 ,此时与初始值相比 ,No.1和No.2合金动作敏感性分别下降 74 %和 72 % ,分别仅有初始值 2 6 %和 2 8%。这在记忆合金驱动元件设计中有重要的参考价值。随训练次数增加 ,单向形状记忆效应先急剧下降 ,然后缓慢下降至趋于稳定。基本稳定时的单向形状恢复率不到初始值的 5 0 %。然而 ,随训练次数增加 ,位错增加 ,可能引入更多择尤取向位错 ,从而促使形成更多择尤取向马氏体 ,导致双向形状记忆效应急剧上升 ,出现峰值 ,然后缓慢降至趋于稳定。

“预处理”和热处理对Cu-Al-Be合金形状记忆效应的影响

以Cu-11．28Al—0．41Be为对象，研究其单程记忆效应（OWME）、双程记忆效应（TWME），并探讨“预处理”和热处理工艺的影响。实验表明，“预处理”前，合金表现出一定的OWME和TWME，其中铸态和低温（720℃）正火态的回复率较高。‘预处理”后各试样的回复角度和TWME有所增加，但OWME的回复率却出现不同程度的下降。显微组织和结构是影响记忆性能的主要内在因素，铸态试样的晶界α相容易产生永久变形，不利于“预处理”后OWME的提高；正火态形状记忆效应与显微组织和空位缺陷等相关，较低温度（720℃）的正火处理有利于提高基体硬度，并获得适当的晶粒尺寸，减少滑移变形，同时还可降低空位浓度，从而提高形状记忆效应。

铁磁性高温形状记忆合金——Co-Al合金

已实用化的性能优良的Ti-Ni形状记忆合金，其使用温度限于100℃以下，因而对于能在更高温度下使用的形状记忆合金的开发显得日益重要。近年来所开发的一些高温形状记忆合金，有Ti-Ni（Zr，Hf，Pd，Pt）、Ni-Al、Zr-Cu基合金等。一些铁磁性形状记忆合金由于其变形可由外加磁场来控制，要比传统热控形状记忆合金的响应性快，并且磁场诱发的铁磁性合金的应变要比磁致伸缩材料的应变大，

形状记忆合金钢丝拉拔性能的改进

形状记忆合金主要有55％Ni—Ti合金、Fe-27．2％Mn-5．7％Si-5．0％Cr（Fe基合金）和Cu-17％Al—11．5％Mn（Cu基合金）3种，价格昂贵，应用温度范围窄，拉拔性能差，难以精确控制转变温度，为了改善Fe基和Cu基形状记忆合金的拉拔性能，日本的科技工作者对此进行了研究。