专利名称：铜基形状记忆合金的制作方法
技术领域：
本发明是一种应用于机械、电气、能源、宇航、医学，日用工程等方面用于制做各种在温度变化造成形状记忆效应的敏感元件的铜基形状记忆合金。
现在的形状记忆合金具有多种合金系，有金-镉，银-镉，铟-钛，镍-钛系，锰基，铈基，镍基，铜基和铁基等。但应用最成功，研究最彻底的是镍-钛系。其记忆能力，耐腐蚀性能，耐磨性，生理适应性，疲劳强度及使用寿命均是较好的。但由于价格昂贵，(每公斤1500～3000元以上)熔炼、控制工艺复杂，一般企业则无法问津。铜基记忆合金具有材料来源广泛，容易加工成型，记忆能力较强，制造价格低廉等优点，因此引人注目。在铜基中有铜-锌-铝系，铜-铝-镍系，铜-铝-铍系，铜-锌-铝-锰-镍系等几种金属系。其中研究应用较多的是铜-锌-铝系及铜-铝-锌系及铜-铝-镍系，见《机械工程材料》(1988年第五期)。关于铜-铝-铍系研究应用很少，《日本工业材料特辑》(1983年第31卷第1号)有这方面的探讨，其只有三元合金的研究，没有辅加元素的研究。合金记忆性能改善不大。同镍-钛基相比，铜基合金总的存在着疲劳强度低，形状记忆稳定性差和易产生粗晶、晶界氧化及晶界脆断等缺点。
针对铜基形状记忆合金存在的以上问题，本合金目的就是以改良疲劳性能，强化晶界结合能、提高形状记忆性能和寿命为目的，采用改进铝、铍配比成份，增加多种辅加元素，改进熔炼、轧制、热处理工艺，使其易于实用。提高合金综合性能。
本发明提供的这种形状记忆合金，以铜、铝、铍作为主加元素，铝含量在7～15%(重量百分比、下同)、铍含量0.1～2%，同时在合金中增加了硼、铬、钛、稀土这几种元素作为微量辅加元素。辅加元素的含量为硼0.001～0.5%，铬0.01～0.5%，钛0.01～0.5%，稀土0.02～0.1%。稀土为镧或铈。
本发明形状记忆合金制造方法为1、熔炼方式是在氩气或大气中熔炼，熔炼时用碱性覆盖剂覆盖，熔炼温度1150～1250℃;覆盖剂最佳是采用氟铝酸钠。
2、热轧的始终温度为650°～900℃，保温30分钟(每道次形变率≯10%);之后，将材料经45°～50℃硫酸水溶液酸洗;冷轧的中间退火为760°～800℃，保温20分钟(每道次形变率≯5%);冷轧完毕经760°～800℃的退火;
3、热处理为700°～900℃加热后空气冷却(状态1);700°～900℃加热后水淬或空冷，于50°～300℃时效0.5～2小时(状态2、3);经700°～900℃加热定型，于0°～300℃强迫改变形状下保温1～200分钟，反复锻炼1～100次。
同现有的铜基形状记忆合金相比。本发明提供的这种铜-铝-铍系再加辅加元素的形状记忆合金记忆性能优良。绕半径为10毫米，而弯曲90度后单向恢复率较大，在推荐的热处理工艺下，恢复率几乎达到100%，其记忆寿命为日常铜基合金中最高，在变形角为30度下反复做100次记忆试验其残余变形角不大于0.5度，几乎是完全恢复，且价格很低廉，为镍-钛基合金的十分之一还低。
不同的热处理工艺产生的状态1、2、3为三种不同牌号的记忆合金。状态1为第一种牌号的记忆合金，其特点为具有高的记忆能力且工艺最经济和节约，为一般用单程记忆合金零部件所采用。状态2和3为两种牌号的记忆合金，其具有最优的记忆能力，根据该工艺处理后，可得双程记忆能力。
单程记忆合金多用于外力变形，在所额定温度情况下，工件变形为特定的形状，如自紧螺钉，安装尺寸紧凑的自紧管接头，熔断器等。
双程记忆合金是在两个不同温度值时工件可变为两个不同的形状，如采用本发明铜基记忆合金轧制成0.5～1.25mm薄片，用它做成电器接触器触头元件，经实验，其双程记忆寿命-即接触器寿命可达104～106次而无任何衰脱现象。基本上达到接触器所要求的寿命。由于本发明铜基记忆合金各方面优点突出，可望在机电工业，能源和航天航空等方面推广应用。
权利要求
1.一种铜基形状记忆合金，其中以铜、铝、铍作为主加元素。主加元素铝的含量在7～15%(重量百分比、下同)，铍含量0.1～2%，本发明的特征在于合金中增加了硼、铬、钛、稀土这几种元素作为微量辅加元素。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金，其将特征在于辅加元素的含量为硼0.001～0.5%，铬0.01～0.5%，钛0.01～0.5%，稀土0.02～0.5%。
3.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金，其特征在于采用的稀土为镧或铈。
4.一种制造铜基形状记忆合金的方法，其特征在于(1)熔炼方式是在氩气或大气中熔炼，熔炼时用碱性覆盖剂覆盖，熔炼温度1150～1250℃;(2)热轧的始终温度为650°～900℃，保温30分钟(每道次形变率≯10%)，之后，将材料经45°～50℃硫酸水熔液酸洗，冷轧的中间退火为760°～800℃的退火;(3)、热处理为700°～900℃加热后空气冷却(状态1);700°～900℃加热后水淬或空冷，于50°～300℃时效0.5～2小时(状态2、3);经700°～900℃加热定型，于0°～300℃强迫改变形状下保温1～200分钟，反复锻练1～100次。
5.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于在熔炼时用的覆盖剂为氟铝酸钠。
全文摘要
一种应用于机械、电气、能源、宇航、医学、日用工程等方面用于制作各种在温度变化时造成或形状记忆效应的敏感元件的铜基形状记忆合金。针对现在广泛采用的镍-钛基记忆合金价格高昂，而廉价的铜基记忆合金疲劳强度低、形状记忆稳定性差等缺点，在铜基的铜-铝-铍系形状记忆合金中通过增加硼、铬、钛、稀土等辅加元素，改善了合金晶界，同时采取了一整套新型完善合理的熔炼、轧制、热处理工艺。使铜基形状记忆合金性能大大改善，具有较高的实用和推广价值。
文档编号C22C9/01GK1056899SQ90104030
公开日1991年12月11日 申请日期1990年5月31日 优先权日1990年5月31日
发明者董元源 申请人:甘肃省机械科学研究院