一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法_2

文档序号:9467093阅读:来源:国知局
步骤(4)所述梯度热处理法采用感应加热装置对所述化-Al-Mn合金巧 料进行梯度热处理。所述梯度热处理法的具体步骤为:
[002引1)将一根或多根柱状晶组织的所述化-Al-Mn合金巧料穿过所述感应加热装置的 感应加热线圈,将所述化-Al-Mn合金巧料位于所述感应加热装置出口的一端与牵引机构 连接;
[0029] 2)开启所述感应加热装置的感应加热线圈,同时开启牵引机构,在牵引机构的牵 引下,所述化-Al-Mn合金巧料沿其长度方向依次经过感应加热线圈,然后空冷或水泽;所 述化-Al-Mn合金巧料各部位的热处理溫度和热处理时间根据产品性能需要来确定,为了 提高热处理效率,可W在所述化-Al-Mn合金巧料的长度方向增加多个溫度可独立控制的 加热感应线圈。
[0030] 进一步地,步骤(1)制备的所述化-Al-Mn合金巧料为板材、棒材、线材或管材中的 任意一种。
[0031] 一种化-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料,根据所述一种化-Al-Mn形状记忆 合金梯度功能材料的制备方法制备获得,所述化-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的合 金性能沿其长度方向可实现大范围的连续或非连续变化;所述化-Al-Mn形状记忆合金 梯度功能材料的马氏体相变临界应力为l〇〇MPa-900MPa、硬度为200HV-400HV、弹性模量 186口日-706?日、超弹性0-16%、抗拉强度4501?日-10001口日。
[0032] 本发明的有益效果: 阳033] 1)本发明所公开的化-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法不改变合金 成分,对马氏体相变溫度影响小,可满足对合金马氏体相变溫度稳定的要求。
[0034] 2)公式(1)建立在大量实验研究的基础上,对性能的预测精度高,结合对热处理 溫度和时间的控制,最终实现产品梯度性能的精确控制。
[0035] 3)可实现合金性能的大范围变化。例如可制备出功能端具有高超弹性(超弹性大 于10%),而连接端具有高强度(马氏体相变临界应力大于500MPa)和高硬度(硬度高于 350HV)的医疗用引导丝。
[0036] 4)工艺操作简单,可控性高,可实现连续热处理,效率高。
【附图说明】
[0037] 图1管式梯度热处理炉示意图;
[0038] 图2感应加热装置示意图;
[0039] 图3长度为2m的CuyzAlie.sMnii.s合金棒材的超弹性和马氏体相变临界应力、维氏 硬度、弹性模量性能沿长度方向的变化关系; W40] 附图标记:1、可独立控制溫度的加热线圈;2、化-Al-Mn形状记忆合金;3、管式梯 度热处理炉的加热区,即炉膛;4、牵引机构;5、加热区。
【具体实施方式】
[0041] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,W下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并 不用于限定本发明。
[0042] 相反,本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法W及方案。进一步,为了使公众对本发明有更好的了解,在下文对本发明的细 节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有运些细节部分的 描述也可W完全理解本发明。 阳043] 实施例1:
[0044] 梯度功能引导丝的制备
[0045] 采用连续定向凝固方法,使用下拉式连续定向凝固设备,W纯度99. 95%的无氧 铜、电解侣和电解儘为原料,按照化学式化u.sAlnMnii.进行配比,经过混合、真空烙炼及下 引拉巧等工序制备出直径为4mm的表面光滑的柱状晶组织化n.sAliyMnii.s合金线材,其中真 空烙炼溫度1200°C,控制石墨铸型溫度为llOOr,拉巧速度为20mm/min。经测制备获得的 所述柱状晶组织化7uAlnMnii.5合金线材的马氏体相变开始溫度为-24.rC,室溫下其超弹 性为13. 1%,维氏硬度为256HV,马氏体相变临界应力为210MPa。
[0046] 通过预实验计算获得制备引导丝所需的梯度热处理参数,包括需要对所述合金线 材的各部分进行热处理所需的热处理时间及热处理溫度。
[0047] 根截取长度为2m的所述合金线材试样用于制造引导丝,将截取的所述合金线材 置于管式梯度热处理炉(如图1所示)中进行梯度热处理。所述管式梯度热处理炉加热区 长度2. 2m,合金线材置于所述加热区中部,设置所述管式梯度热处理炉加热区从一端到另 一端的加热溫度从200°C到450°C连续变化,热处理30min后将热处理后的所述合金线材取 出水泽,即获得梯度功能引导丝,所述梯度功能引导丝的合金性能沿其长度方向呈连续梯 度变化,所述梯度功能引导丝不同位置的性能指标如下表1所示,引导丝靠近低溫热处理 的一端柔软且具有高超弹性,可作为器件的功能端;而靠近高溫热处理的一端具有高强度 和硬度,可作为器件的连接端。 W4引表I所述梯度功能引导丝(q)4mmx2m)各部位热处理溫度及对应的合金性能
阳O川实施例2:
[0052] 梯度功能机器人手臂用棒材的制备
[0053] 采用连续定向凝固方法,使用下拉式连续定向凝固设备,W纯度99. 95%的无氧 铜、电解侣和电解儘为原料,按照化学式化7iAlieMni。进行配比,然后经过混合、真空烙炼及 下引拉巧等工序制备出直径为IOmm的表面光滑的柱状晶组织化nAlieMni。合金棒材,其中, 真空烙炼溫度115(TC、铸型溫度1050°C,拉巧速度为lOmm/min;经测量所述柱状晶组织 化,lAl^Mni。合金棒巧的马氏体相变开始溫度为-43. 2°C,室溫下其超弹性为13%,维氏硬度 为266HV,马氏体相变临界应力为278MPa。
[0054] 通过预实验计算获得制备梯度功能机器人手臂用棒材所需的梯度热处理参数,包 括需要对所述合金棒材的各部分进行热处理所需的热处理时间及热处理溫度。 阳化日]截取Im长的所述柱状晶组织化,lAlieMni。合金棒材,将其一端与牵引机构相连接, 利用牵引机构将棒材送入溫度为380°C的感应加热装置(如图2所示)中,保溫5min,然后 再开始牵引,牵引速度为ImA,将利用牵引机构拉出的棒材部分进行空冷,经Ih的时间所 述棒材被完全从炉中拉出,完成梯度热处理过程,制备得到具有梯度功能的棒材,所述棒材 离的梯度性能如表2所示,该棒材可W用于制造机械手臂的支撑轴,高强度一端用于连接, 高超弹性一端用于辅助机械手臂的张合变形。
[0056] 表2 (p6mmx1m梯度功能棒材的梯度性能
[0059] 实施例3 : W60] 功能梯度可折叠电子设备面板的制备
[0061] 采用定向凝固方法,W纯度99. 95%的无氧铜、电解侣和电解儘为原料,经按照化 学式化wAlzeMni。进行配比,然后经过烙炼(烙炼溫度为1200°C)和定向凝固(石墨铸型 周向加热,溫度1100°c;水冷铜模底座冷却),制备出尺寸为150mmX80mmX50mm的柱状晶 组织化7。412奔1。姑.%)铸昆,测得所述柱状晶组织化7。412奔1。姑.%)铸巧的马氏体相 变开始溫度为-61. 2°C,室溫下超弹性为15%,维氏硬度为230HV,马氏体相变临界应力为 192MPa,线切割切取ISOmmXSOmmX2mm的薄板材。
[0062] 通过预实验计算获得制备功能梯度可折叠电子设备面板所需的梯度热处理参数, 包括需要对所述薄板材的各部分进行热处理所需的热处理时间及热处理溫度。
[0063] 将所述薄板材长度方向两端各60mm分别放在两个感应加热装置(如图2所示) 的感应加热线圈中加热,加热溫度为400°C,保溫lOmin,中间部分30mm不在加热区内,可根 据需要选择辅助水冷使中间部分溫度低于250°C。采用该工艺可W制备出可反复折叠变形 的面板,面板两端30mm的平均维氏硬度为340HV,马氏体相变临界应力为540MPa,超弹性为 6 %,从两端到中间硬度连续变化,中间部位平均维氏硬度为220HV,马氏体相变临界应力
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