为 130MPa，超弹性为14%。所制备的功能梯度可折叠电子设备面板由于中间部位具有高超弹 性，可实现大变形量的可恢复往复弯曲变形，而两端具有高硬度和高强度，不仅与其他电子 器件连接时可靠性高，而且可对电子设备如屏幕等起到良好的支撑作用。
【主权项】
1. 一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法 利用具有高超弹性的柱状晶组织的Cu-Al-Mn合金坯料为原料，然后根据所要制备的所述 Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的性能需要通过梯度热处理法对所述Cu-Al-Mn合金 坯料沿指定方向进行热处理，热处理后进行空冷或水淬，制备获得所述Cu-Al-Mn形状记忆 合金梯度功能材料，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的合金性能沿指定方向变 化。2. 根据权利要求1所述一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法，其特征 在于，所述制备方法具体包括以下步骤： (1)Cu-Al-Mn合金还料的制备：采用连续定向凝固方法，使用下拉或水平式连续定 向凝固设备，以纯度均高于99. 9 %的无氧铜、电解铝和电解锰为原料，经过原料混合、 真空熔炼及下引拉坯制备获得直径为l_50mm的表面光滑的柱状晶组织Cu-Al-Mn合金 坯料；所述真空熔炼的温度为1100°C-1200°C;控制石墨铸型温度为1000-1100 °C，拉 坯速度为l-50mm/min;所述原料中铝、铜及锰的含量分别为：铝：16at% -24at%，锰： 9at% _13at%，铜：63at% _75at% ; (2) 马氏体相变开始温度Ms的测量：测量步骤（I)所制备的Cu-Al-Mn合金坯料的马氏 体相变开始温度Ms，所述马氏体相变开始温度Ms的测量方法为差热分析法或电阻测量法； (3) 热处理参数的计算：根据实际产品性能需要，计算出所述Cu-Al-Mn合金坯料各部 位对应所需的热处理参数，所述热处理参数包括热处理温度和热处理时间； (4) 梯度热处理法：根据步骤（3)计算得到的所述Cu-Al-Mn合金坯料各部位对应所需 的热处理参数，对步骤（2)获得的所述Cu-Al-Mn合金坯料沿指定方向进行梯度热处理，然 后进行空冷或水淬，获得所述Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料。3. 根据权利要求2所述一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法， 其特征在于，步骤（I)Cu-Al-Mn合金坯料的制备方法为：以纯度均高于99. 9 %的无氧 铜、电解铝和电解锰为原料，所述原料中铝、铜及锰的含量分别为：铝：16at% -24at%， 锰：9at% -13at%，铜：63at% -75at% ;将上述配比的原料进行熔炼，熔炼温度为 1100°C-1200°c;然后进行定向凝固，所述定向凝固过程采用石墨铸型周向加热，所述石墨 铸型的温度为1000°c-IlOOtC，石墨铸型置于铜模底座上，所述铜模底座的冷却方式为水 冷，将熔炼获得的金属液注入石墨铸型，然后停止对所述石墨铸型周向加热，所述金属液自 下而上定向凝固，制备获得Cu-Al-Mn合金还料。4. 根据权利要求2所述一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法，其特征 在于，所述热处理参数的具体计算方法如下： (1) 热处理预实验：在高于所述马氏体相变开始温度MS200°C~500°C的温度范围内选 取不少于4个温度值作为热处理温度进行预实验，并每个热处理温度下设置不少于4个热 处理时间进行热处理预实验，所述热处理时间在Imin-IOOh时间范围内进行选取，并保证 选取的热处理时间中的一个为IOOh; (2) 合金性能测试及热处理后合金材料常数的确定：对步骤（1)热处理预实验之前以 及热处理预实验之后的合金样品进行合金性能值的测试，测试的所述合金性能包括马氏体 相变临界应力、硬度、弹性模量及超弹性； 热处理后合金的性能与热处理温度及热处理时间的关系满足公式[1]: y(T,t) =y〇〇+(y〇-y〇〇 )/{l+[a?exp(-b?T) ?t]n} [1] y(T，t)表示在热处理温度为T、热处理时间为t的条件下热处理后合金的性能，所述热 处理后合金的性能包括马氏体相变临界应力、抗拉强度、硬度、弹性模量及超弹性中的全部 或其中任意的组合；y。表示热处理前合金的性能值，热处理前t=O;y"表示热处时间无限 长时合金的性能值，所述热处时间无限长是指t多IOOh;公式[1]中a、b和n为材料常数； 分别将热处理预实验中测得的合金各性能值代入公式[1]中进行数值拟合，即可得到 合金各性能对应的材料常数a、b和n的值； (3)根据所要制备的所述Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的性能需要，将产品的 目标性能y和步骤（2)得到对应的材料常数a、b和n的值代入式[1]中，即可算出制备所 述Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料所需的热处理温度T和热处理时间t。5. 根据权利要求2所述一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法，其特征 在于，步骤（4)所述梯度热处理法采用管式梯度热处理炉对所述Cu-Al-Mn合金坯料进行梯 度热处理，所述梯度热处理法的具体步骤为： 1) 将一根或多根柱状晶组织的所述Cu-Al-Mn合金坯料放入所述管式梯度热处理炉 中； 2) 根据产品性能需要，确定所述管式梯度热处理炉中各加热线圈的加热温度，使所述 管式梯度热处理炉提供连续变化的温度场； 3) 梯度热处理一定时间，然后空冷或水淬。6. 根据权利要求2所述一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法，其特征 在于，步骤（4)所述梯度热处理法采用感应加热装置对所述Cu-Al-Mn合金坯料进行梯度热 处理。所述梯度热处理法的具体步骤为： 1) 将一根或多根柱状晶组织的所述Cu-Al-Mn合金坯料穿过所述感应加热装置的感应 加热线圈，将所述Cu-Al-Mn合金坯料位于所述感应加热装置出口的一端与牵引机构连接； 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Cu-Al-Mn合金还料沿其长度方向依次经过感应加热线圈，然后空冷或水淬；所述 Cu-Al-Mn合金坯料各部位的热处理温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，可以在所述Cu-Al-Mn合金坯料的长度方向增加多个温度可独立控制的加热 感应线圈。7. 根据权利要求2所述一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法，其特征 在于，步骤（1)制备的所述Cu-Al-Mn合金还料为板材、棒材、线材或管材中的任意一种。8. -种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料，根据权利要求1-7之一所述一种 Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法制备获得，其特征在于，所述Cu-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Cu-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100MPa-900MPa、硬度为 200办-400办、弹性模量186?3-706?3、超弹性〇-16%、抗拉强度 45010^-100010^。
【专利摘要】本发明涉及一种Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料的制备方法，属于金属材料制备领域。所述制备方法利用具有高超弹性的柱状晶组织的Cu-Al-Mn合金坯料为原料，然后根据产品性能需要通过梯度热处理法对所述Cu-Al-Mn合金坯料沿指定方向进行热处理，热处理后空冷或水淬，制备获得合金性能沿指定方向呈梯度变化的所述Cu-Al-Mn形状记忆合金梯度功能材料。本发明所公开的Cu-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，对合金的马氏体相变温度影响小、可实现合金性能的大范围变化、工艺操作简单，可控性高，可实现连续热处理，效率高。
【IPC分类】C22C9/01, C22F1/08, C22C1/02
【公开号】CN105220009
【申请号】CN201510698736
【发明人】黄海友, 刘记立, 谢建新
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月23日