一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法
【专利摘要】一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，涉及一种合金纤维的制备方法。本发明要解CuZnAl或CuZn合金屈服强度较低及其细小纤维的制备难度大问题。本发明方法：一、制备原始铸锭；二、原始铸锭热挤压成棒材；三、棒材腐蚀；四、冷拉拔；五、制备目标直径的合金纤维；六、冷拉拔后合金纤维退火。本发明实现在室温条件下CuZnAl或CuZn合金连续纤维屈服强度低，影响形状记忆、超弹性和阻尼特性的问题，并且本发明利用冷拉拔方法，将粗棒材冷拉拔成为直径为几十到几百微米连续CuZnAl或CuZn合金纤维，解决了制备直径均匀、纤维细小的CuZnAl或CuZn合金连续纤维难度大的问题。本发明方法适用于制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维。
【专利说明】
一种冷拉拔制备CuZnA I或CuZn合金连续纤维的方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种CuZnAl或CuZn合金连续纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002]能够感知外界变化而做出响应的智能材料受到越来越多的关注，其中形状记忆合金能够在温度或外力作用下改变形状或输出应力，在机械、电子、医用等领域应用广泛。CuZnAl合金具有优良的形状记忆效应、超弹性和阻尼特性;另外这种材料原料来源广泛、成本低廉、塑性加工性能好，使得其在工程应用方面潜力巨大。
[0003]制约铜锌铝合金应用的关键问题是其性能稳定性，包括记忆效应、超弹性和阻尼性能的稳定性，而影响性能稳定性的关键是其屈服强度:由于铜锌铝合金中的晶粒容易长大，根据Hall-Petch公式，屈服强度较低，在低应力作用下容易发生塑性变形，造成在形状记忆、超弹性或阻尼变形时产生不可逆塑性变形。另外在工程应用过程中，丝材应用广泛，比如用于牙科矫形、弹簧、微驱动器件等。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决CuZnAl或CuZn合金屈服强度较低及其细小纤维的制备难度大问题，提出一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法。
[0005]本发明冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法按以下步骤进行:
[0006]一、制备原始铸锭；
[0007]采用精度0.0Olg的电子天平，按分子式CuxZnyAlz或CuxZny中各元素质量分数，称取纯铜、锌和铝并混合，或称取纯铜、锌并混合，混合后放入内径为7?8_，且一端密封的石英管中，此时纯铜、锌和铝位于石英管底部，将石英管内压力降低至3X10—2?5 X 10—2Pa后，将石英管的未密封一端封闭，然后将封闭后的石英管竖直放入电阻炉内，将空气电阻炉加热到1240?1260°C并保温40?60min，完成后取出石英管并置于室温水中，敲碎石英管后得到直径7?8mm的原始铸锭;所述采用氧气-乙炔火焰加热石英管的未密封一端至石英管的管壁呈熔融状态后将该端封闭；
[0008]所述分子式CuxZnyAlz 中 x = 60 ?80，y = 20 ?40 ； z = ΙΟΟ-χ-y ；所述分子式 CuxZny 中 x=60?80，y = 100-χ ；所述纯铜的纯度为99.99%,所述锌的纯度为99.99%,所述铝的纯度为99.99%;所述将空气电阻炉加热到1240?1260°C并保温40?60min时的升温速率为5?10°C/min；
[0009]二、原始铸锭热挤压成棒材
[0010]将步骤一得到的原始铸锭密封于内径为8.0?10.0mm且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3 X 10—2?5 X 10—2Pa后，将石英管的未密封一端封闭，然后将石英管加热到840?860°C并保温15?20h，完成后取出并置于室温水中，敲碎石英管取出铸锭，将铸锭表面涂覆玻璃润滑剂后放入电阻炉中，升温到780?820°C，保温1.0?1.5h，取出后置于预先加热到500?550°C的挤压模具中挤出成直径为2.7?3.0mm的棒材，然后置于空气中冷却到室温;所述的将石英管加热到840?860°C时的升温速率为5?9°C/min;所述的升温到780?820°C时的升温速率为5?9°C/min;
[0011]三、棒材腐蚀
[0012]将步骤二得到的直径2.7?3.0mm的棒材一端浸入硝酸水溶液中，至被腐蚀的棒材一端可以穿过冷拉拔模具，未腐蚀部分不能穿过冷拉拔模具;腐蚀后用水冲洗，烘干;所述烘干工艺为在100?120 °C烘干1?15min;所述的硝酸水溶液中硝酸的质量分数为1 %?15% ；
[0013]四、7令拉拔
[0014]将步骤三腐蚀后的棒材安装在冷拉拔装置上，在冷拉拔模具内表面涂覆肥皂水作为润滑剂，以10?15mm/min的拉拔速度进行一次冷拉拔；
[0015]五、重复步骤三和四的操作，依次按2.7mm、2.4mm、2.lmm、l.85mm、1.60mm.1.45mm、1.30mm、1.20mm、1.10mm、1.00mm、0.90mm、0.80mm、0.72mm、0.66mm、0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm、0.41mm、0.37mm、0.34mm、0.31mm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、0.21mm、0.19mm、0.16mm、0.13mm、0.llmn^P0.1Omm的模具出口尺寸顺序更换模具，至得到目标直径的合金纤维；其中，每两次冷拉拔后将棒材放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管放进入500?550°C的热处理炉中，保温8?12min，保温结束后取出石英玻璃管冷却到室温；
[0016]六、冷拉拔后合金纤维退火
[0017]将步骤五得到的合金纤维放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管依次放入500°C、600°C、700°C、800°C和900°C的热处理炉内，并分别保温5min，保温结束后将石英管取出空冷到室温，即完成。
[0018]本发明方法具备以下有益效果:
[0019]1、本发明实现在室温条件下，解决了因CuZnAl或CuZn合金连续纤维屈服强度低，影响形状记忆、超弹性和阻尼特性的问题，并且本发明利用冷拉拔方法，将粗棒材冷拉拔成为直径为几十到几百微米连续CuZnAl或CuZn合金纤维，解决了制备直径均匀、纤维细小的CuZnAl或CuZn合金连续纤维难度大的问题，制备得到了最小直径0.1mm的纤维，且纤维表面光滑、直径均匀，其晶粒细化，其屈服强度提高；制备的直径0.1mm的CuZnAl合金纤维纤维屈服强度为627.5MPa，明显高于铸锭的屈服强度(269MPa);
[0020]2、本发明方法中对冷拉拔后CuZnAl或CuZn合金纤维进行了不同温度和不同时间的退火处理，在600-800°C退火5min后纤维的强度有所降低、同时塑性明显提高。因此，对纤维进行不同的热处理能得到抗拉强度与塑性的有益结合。
[0021]3、本发明制备的CuZnAl合金连续纤维，在0.5?1Hz低频频率下，低温下(低于-45°C)具有较高的阻尼值(0.1?0.15)，可应用于减震、吸能和噪声控制等领域。
[0022]4、本发明的方法还可以用于其它形状记忆合金，例如AuCd、AgCd、CuZn、CuZnSn、CuZnS1、CuSn、AuCuZn、TiN1、TiNiPd、TiNb 和 FeMnSi 等纤维的制备。
[0023]5、本发明方法制备的不同直径的CuZnAl或CuZn合金连续纤维的屈服强度和抗拉强度随着纤维直径的减小，其抗拉强度和屈服强度均增加。
【附图说明】
[0024]图1为本发明冷拉拔法制背CuZnAl或CuZn合金连续纤维原理示意图，其中I为冷拉拔前的合金棒材，a为直径;2为冷拉拔后得到的合金纤维，b为直径;3为冷拉拔金刚石模具，bo为金刚石模具出口尺寸；
[0025]图2为实施例1中不同直径的CuZnAl合金连续纤维的扫描电镜照片，合金纤维的直径从左至右依次为:2.7mm、2.4mm、2.1mm、1.85mm、1.60mm、1.45mm、1.30mm、1.20mm;
[0026]图3为实施例1中不同直径的CuZnAl合金连续纤维的扫描电镜照片，合金纤维的直径从左至右依次为:1.10mm、1.00mm、0.90mm、0.80mm、0.72mm、0.66mm、0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm；
[0027]图4为实施例1中不同直径的CuZnAl合金连续纤维的扫描电镜照片，合金纤维的直径从左至右依次为:0.41mm、0.37mm、0.34mm、0.31mm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、0.21mm、0.19mm、0.16mm、0.13mm、0.llmm、0.10mm；
[0028]图5为实施例1中原始CuZnAl铸锭的金相显微组织照片；
[0029]图6为实施例1中直径1.6mm的CuZnAl合金连续纤维的金相显微组织照片；
[0030]图7为实施例1中制备的直径为0.lmm、0.19mm和0.21的CuZnAl合金连续纤维的屈服强度和抗拉强度曲线，其中I为抗拉强度曲线，2为屈服强度曲线；
[0031]图8为实施例2直径0.lmm、0.19mm和0.21mm的CuZnAl合金连续纤维的拉伸应力-应变曲线，其中I为直径0.1mm的CuZnAl合金连续纤维，2为直径0.19mm的CuZnAl合金连续纤维，3为直径0.21mm的CuZnAl合金连续纤维；
[0032]图9为实施例3中直径为0.1mm的CuZnAl合金连续纤维的拉伸应力-应变曲线，其中曲线I为冷拉拔后未退火的CuZnAl合金连续纤维，曲线2?6为直径0.1mm且冷拉拔后未退火的CuZnAl合金连续纤维分别在500°C，600°C，700°C，800°C和900°C下退火5min后的CuZnAl合金连续纤维；
[0033]图10为实施例4中直径为0.35mm的CuZnAl合金连续纤维在850 °C退火5min后，在不同振动频率下的阻尼-温度图谱，其中曲线I为0.5Hz，曲线2为IHz，曲线3为1Hz;
[0034]图11为实施例4中直径为0.35mm的CuZnAl合金连续纤维在850 °C退火5min后，在不同频率下存储模量-温度图谱，其中曲线I为0.5Hz，曲线2为IHz，曲线3为I OHz;
[0035]图12为实施例5中制备的CuZn合金连续纤维的拉伸应力应变曲线，曲线I为0.19mm的CuZn合金连续纤维，曲线2为0.25mm的CuZn合金连续纤维。
【具体实施方式】
[0036]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意合理组合。
[0037]【具体实施方式】一:本实施方式冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法按以下步骤实现:
[0038]一、制备原始铸锭
[0039]按分子式CuxZnyAlz或CuxZny中各元素质量分数，称取纯铜、锌和铝并混合，或称取纯铜、锌并混合，混合后放入内径为7?8mm，且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3 X 10—2?5 X 10—2Pa后，将石英管的未密封一端封闭，然后将封闭后的石英管竖直放入电阻炉内，将空气电阻炉加热到1240?1260°C并保温40?60min，完成后取出石英管并置于室温水中，敲碎石英管后得到直径7?8_的原始铸锭；
[0040]二、原始铸锭热挤压成棒材
[0041]将步骤一得到的原始铸锭密封于内径为8.0?10.0mm且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3 X 10—2?5 X 10—2Pa后，将石英管的未密封一端封闭，然后将石英管加热到840?860°C并保温15?20h，完成后取出并置于室温水中，敲碎石英管取出铸锭，将铸锭表面涂覆玻璃润滑剂后放入电阻炉中，升温到780?820°C，保温1.0?1.5h，取出后置于预先加热到500?550°C的挤压模具中挤出成直径为2.7?3.0mm的棒材，然后置于空气中冷却到室温；
[0042]三、棒材腐蚀
[0043]将步骤二得到的直径2.7?3.0mm的棒材一端浸入硝酸水溶液中，至被腐蚀的棒材一端可以穿过冷拉拔模具，未腐蚀部分不能穿过冷拉拔模具;腐蚀后用水冲洗，烘干；
[0044]四、冷拉拔
[0045]将步骤三腐蚀后的棒材安装在冷拉拔装置上，在冷拉拔模具内表面涂覆肥皂水作为润滑剂，以10?15mm/min的拉拔速度进行一次冷拉拔；
[0046]五、重复步骤三和四的操作，依次按2.7mm、2.4mm、2.lmm、l.85mm、1.60mm.1.45mm、1.30mm、1.20mm、1.10mm、1.00mm、0.90mm、0.80mm、0.72mm、0.66mm、0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm、0.41mm、0.37mm、0.34mm、0.31mm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、0.21mm、0.19mm、0.16mm、0.13mm、0.llmn^P0.1Omm的模具出口尺寸顺序更换模具，至得到目标直径的合金纤维；其中，每两次冷拉拔后将棒材放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管放进入500?550°C的热处理炉中，保温8?12min，保温结束后取出石英玻璃管冷却到室温；
[0047]六、冷拉拔后合金纤维退火
[0048]将步骤五得到的合金纤维放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管依次放入500°C、600°C、700°C、800°C和900°C的热处理炉内，并分别保温5min，保温结束后将石英管取出空冷到室温，即完成。
[0049]本实施方式具备以下有益效果:
[0050]1、本实施方式实现在室温条件下，解决了因CuZnAl或CuZn合金连续纤维屈服强度低，影响形状记忆、超弹性和阻尼特性的问题，并且本实施方式利用冷拉拔方法，将粗棒材冷拉拔成为直径为几十到几百微米连续CuZnAl或CuZn合金纤维，解决了制备直径均匀、纤维细小的CuZnAl或CuZn合金连续纤维难度大的问题，制备得到了最小直径0.1mm的纤维，且纤维表面光滑、直径均匀，其晶粒细化，其屈服强度提高；制备的直径0.1mm的CuZnAl合金纤维纤维屈服强度为627.5MPa，明显高于铸锭的屈服强度(269MPa);
[0051]2、本实施方式方法中对冷拉拔后CuZnAl或CuZn合金纤维进行了不同温度和不同时间的退火处理，在600-800°C退火5min后纤维的强度有所降低、同时塑性明显提高。因此，对纤维进行不同的热处理能得到抗拉强度与塑性的有益结合。
[0052]3、本实施方式制备的CuZnAl合金连续纤维，在0.5?1Hz低频频率下，低温下(低于-45°C)具有较高的阻尼值(0.1?0.15)，可应用于减震、吸能和噪声控制等领域。
[0053]4、本实施方式的方法还可以用于其它形状记忆合金，例如AuCd、AgCd、CuZn、0121^11、012115丨、01511^11(:11211、11祖、11附？(1、11他和？6]\1115丨等纤维的制备。
[0054]5、本实施方式方法制备的不同直径的CuZnAl或CuZn合金连续纤维的屈服强度和抗拉强度随着纤维直径的减小，其抗拉强度和屈服强度均增加。
[0055]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一所述分子式CuxZnyAlz中x = 70.9，y = 25.35;z = 3.75。其他步骤和参数与【具体实施方式】一相同。
[0056]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤一所述纯铜的纯度为99.99%，锌的纯度为99.99%，铝的纯度为99.99%。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0057]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤一所述将空气电阻炉加热到1240?1260°C并保温40?60min时的升温速率为5?10°C/min。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0058]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤三所述烘干工艺为在100?120°C烘干10?15min。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0059]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤二所述的将石英管加热到840?860°C时的升温速率为5?9°C/min。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0060]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤二所述的升温到780?820 °C时的升温速率为5?9°C/min。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0061 ]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:步骤三所述的硝酸水溶液中硝酸的质量分数为10%?15%。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0062]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:步骤一所述分子式CuxZnyAlz中x = 60?80，y = 20?40;z = ΙΟΟ-χ-y。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至八之一相同。
[0063]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是:步骤一所述分子式CuxZny中x = 60?80，y=100-x。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至九之一相同。
[0064]实施例1
[0065]本实施例冷拉拔制备CuZnAl合金连续纤维的方法按以下步骤进行:
[0066]—、制备原始CuZnAl铸锭；
[0067]采用精度0.0Olg的电子天平，按分子式CuxZnyAlz中各元素质量分数称取纯铜、锌和铝并混合，混合后放入内径为7.5mm，长度为75mm且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3X10—2Pa后，采用氧气-乙炔火焰加热石英管的未密封一端至石英管的管壁呈熔融状态后将该端封闭，然后将封闭后的石英管竖直放入空气电阻炉内，此时纯铜、锌和铝位于石英管底部，以7°C/min的升温速率将空气电阻炉加热到1240°C并保温50min，完成后取出石英管并置于室温水中，敲碎石英管后得到铸锭，切割两端后，得到直径7.5mm，长度48_的原始CuZnAl铸锭；
[0068]所述分子式CuxZnyAlz中X = 70.9，y = 25.35; z = 3.75;所述纯铜的纯度为99.99%；所述锌的纯度为99.99% ;所述铝的纯度为99.99% ;
[0069]二、原始铸锭热挤压成棒材
[0070]将步骤一得到的原始CuZnAl铸锭密封于内径为8.0mm，长度为75mm且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3X10—2Pa后，采用氧气-乙炔火焰加热石英管的未密封一端至石英管的管壁呈熔融状态后将该端封闭，然后将石英管加热到840°C并保温20h，完成后取出并置于室温水中，敲碎石英管取出铸锭，将铸锭表面涂覆玻璃润滑剂后放入电阻炉中，升温到820°C，保温1.5h，取出后置于预先加热到550°C的挤压模具中挤出成直径为3.0mm的棒材，然后置于空气中冷却到室温;所述的将石英管加热到840°C时的升温速率为70C /min;所述的升温到820 °C时的升温速率为7 °C /min;
[0071]三、棒材腐蚀
[0072]将步骤二得到的直径3.0mm的棒材一端浸入硝酸水溶液中，浸入长度为20mm，进行棒材腐蚀5min至被腐蚀的棒材一端可以穿过冷拉拔模具，未腐蚀部分不能穿过冷拉拔模具;腐蚀后用水冲洗，放入100°C烘干箱中干燥15min;所述的硝酸水溶液中硝酸的质量分数为 15%;
[0073]四、7令拉拔
[0074]将步骤三腐蚀后的棒材安装在冷拉拔装置上，在冷拉拔模具内表面涂覆肥皂水作为润滑剂，以10mm/min的拉拔速度进行一次冷拉拔；
[0075]五、重复步骤三和四的操作重复步骤三和四的操作，依次按2.7mm、2.4mm、2.1mm、1.85mm、1.60mm、1.45mm、1.30mm、1.20mm、1.10mm、1.00mm、0.90mm、0.80mm.0.72mm.0.66mm、0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm、0.41 mm、0.37mm、0.34mm、0.31mm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、0.21mm、0.19mm、0.16mm、0.13mm、0.1lmm和0.1Omm的模具出口尺寸顺序更换模具，至得到直径分别为2.7mm、2.4mm、2.1mm、1.85mm、1.60mm、1.45mm、I.30mm、I.20mm、I.10mm、1.00mm、0.90mm、0.80mm、0.72mm、0.66mm、0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm、0.41mm、0.37mm、0.34mm、0.31mm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、0.21mm、0.19mm、0.16mm、0.13mm、0.11 mm和0.1Omm的合金纤维;其中，每两次冷拉拔后将棒材放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管放进入550°C的热处理炉中，保温12min，保温结束后取出石英玻璃管冷却到室温，以消除冷拉拔产生的内应力，避免在后续拉拔过程中发生断裂；
[0076]六、冷拉拔后合金纤维退火
[0077]将步骤五得到的合金纤维放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管依次放入500°C、600°C、700°C、800°C和900°C的热处理炉内，并分别保温5min，保温结束后将石英管取出空冷到室温，即得CuZnAl合金连续纤维。
[0078]测试本实施例中不同直径的CuZnAl合金连续纤维的扫描电镜照片，测试结果如图
2、图3和图4所示，图2中合金纤维的直径从左至右依次为:2.7mm、2.4mm、2.1mm、I.85mm、1.6Ctam、l.45謹、1.3Ctam、l.2Ctam;图3中，合金纤维的直径从左至右依次为:1.lCtam、l.0Ctam、
0.90mm、0.80mm、0.72mm、0.66mm、0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm；图4中，合金纤维的直径从左至右依次为:0.41mm、0.37mm、0.3 4mm、0.3 lmm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、
0.21mm、0.19mm、0.16mm、0.13mm、0.llmm、0.10mm；由图2、图3和图4可知，本实施例方法制备的合金纤维表面光滑、直径均匀；
[0079]获取步骤一中得到的原始CuZnAl铸锭金相显微组织照片，如图5所示，同时获取本实施例得到的直径1.60mm的CuZnAl合金连续纤维的金相显微组织照片，如图6所示，从图5和图6中可以看出，冷拉拔前原始CuZnAl铸锭晶粒形貌为粗大等轴状，对60个晶粒尺寸进行统计，表明晶粒直径尺寸范围介于0.43?3.94mm，平均晶粒直径为1.93mm，冷拉拔后晶粒形貌为细小拉长状，晶粒尺寸明显细化，对60个晶粒宽度尺寸进行统计，表明晶粒宽度尺寸范围介于21.28?85.1 Ιμπι，平均晶粒宽度为41.8μπι。与铸锭晶粒相比，拉拔后晶粒宽度仅为前者的21.73%,即纤维直径进一步减小时，晶粒宽度会进一步减小；
[0080]测试本实施例中制备的直径为0.lmm、0.19mm和0.21的CuZnAl合金连续纤维的屈服强度和抗拉强度曲线，如图7所示，其中I为抗拉强度曲线，2为屈服强度曲线，由图7可知，不同直径的CuZnAl合金连续纤维的屈服强度和抗拉强度随着纤维直径的减小，其抗拉强度和屈服强度均增加。
[0081 ] 实施例2
[0082 ]本实施例冷拉拔制备CuZnA I合金连续纤维的方法与实施例1不同的是，步骤五中目标直径分别为0.1mm,0.19_和0.21_，其他步骤和参数与实施例1相同；
[0083]测试本实施例制备的直径0.lmm、0.19mm和0.21mm的CuZnAl合金连续纤维的拉伸应力-应变曲线，如图8所示，从图8中可以看出，直径为O19mm和0.21mm的纤维的屈服强度分别为627.5MPa、449.3MPa和430.9MPa，抗拉强度分别为760.6MPa、634.1MPa和518.4MPa;相比于合金铸锭(屈服强度为269MPa，抗拉强度为346MPa)，冷拉拔后得到的纤维的屈服强度和抗拉强度均有明显提高，且随着合金纤维直径的减小，屈服强度和抗拉强度不断增加。
[0084]实施例3
[0085 ]本实施例冷拉拔制备CuZnA I合金连续纤维的方法与实施例1不同的是，步骤五中目标直径为0.1_，其他步骤和参数与实施例1相同；
[0086]测试本实施例制备的直径为0.1mm的CuZnAl合金连续纤维的拉伸应力-应变曲线，如图9所示，其中曲线I为冷拉拔后未退火的CuZnAl合金连续纤维，曲线2?6为直径为0.1mm且冷拉拔后未退火的&121^1合金连续纤维分别在500°(:，600°(:，700°(:，800°(:和900°(:下退火5min后的CuZnAl合金连续纤维；
[0087]从图9中可以看出，冷拉拔后未退火的CuZnAl合金连续纤维的抗拉强度很高，但是塑性较低。退火后抗拉强度有所降低，延伸率明显提高。退火温度高于700°C时，退火后的纤维的抗拉强度和延伸率明显降低、延伸率明显提高;但是900°C下抗拉强度降低的同时，延伸率也有所降低。拉拔后未退火的纤维，分别为在5000C，6000C，700°C，800 °C和900 °C下退火5min后，纤维的屈服强度分别为218.6MPa，276.4MPa，306.7MPa，366.9MPa，639.3MPa和656.9MPa0
[0088]实施例4
[0089 ]本实施例冷拉拔制备CuZnA I合金连续纤维的方法与实施例1不同的是，步骤五中目标直径为0.35_，其他步骤和参数与实施例1相同；
[0090]测试本实施例制备的直径为0.35mm的CuZnAl合金连续纤维在850°C退火5min后，在不同振动频率下的阻尼-温度图谱，其中曲线I为0.5Hz，曲线2为IHz，曲线3为1Hz;如图10所示，测试本实施例制备的直径为0.35mm的CuZnAl合金连续纤维在850 °C退火5min后，在不同频率下存储模量-温度图谱，其中曲线I为0.5Hz，曲线2为IHz，曲线3为1Hz，如图11所示；
[0091]从图10和图11中可以看出，相同温度下，阻尼随测试频率的增加而减小，存储模量随测试温度的增加而提高，在0.5?1Hz低频频率下，低温下(低于-45°C)纤维的阻尼值为0.1?0.15，阻尼值较高，表明CuZnAl合金连续纤维具有良好的阻尼特性，在减震、吸能和噪声控制等领域具有应用潜力。
[0092]实施例5
[0093]本实施例冷拉拔制备CuZn合金连续纤维的方法按以下步骤进行:
[0094]一、制备原始CuZn铸锭；
[0095]采用精度0.0Olg的电子天平，按分子式CuxZny中各元素质量分数称取纯铜和锌并混合，混合后放入内径为7.5mm，长度为75mm且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3X10—2Pa后，采用氧气-乙炔火焰加热石英管的未密封一端至石英管的管壁呈熔融状态后将该端封闭，然后将封闭后的石英管竖直放入空气电阻炉内，此时纯铜和锌位于石英管底部，以7°C/min的升温速率将空气电阻炉加热到1240°C并保温50min，完成后取出石英管并置于室温水中，敲碎石英管后得到铸锭，切割两端后，得到直径7.5_，长度48_的原始铸锭；
[0096]所述分子式CuxZny中x = 73.1，y = 26.9;所述纯铜的纯度为99.99% ;所述锌的纯度为99.99% ；
[0097]二、原始铸锭热挤压成棒材
[0098]将步骤一得到的原始铸锭密封于内径为8.0mm，长度为75mm且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3X10—2Pa后，采用氧气-乙炔火焰加热石英管的未密封一端至石英管的管壁呈熔融状态后将该端封闭，然后将石英管加热到840°C并保温15h，完成后取出并置于室温水中，敲碎石英管取出铸锭，将铸锭表面涂覆玻璃润滑剂后放入电阻炉中，升温至1」820°(:，保温1.511，取出后置于预先加热到550°(:的挤压模具中挤出成直径为3.0111111的棒材，然后置于空气中冷却到室温;所述的将石英管加热到840°C时的升温速率为7°C/min;所述的升温到820 0C时的升温速率为7 °C /min;
[0099]三、棒材腐蚀
[0100]将步骤二得到的直径3.0mm的棒材一端浸入硝酸水溶液中，浸入长度为20mm，进行棒材腐蚀5min，被腐蚀的棒材一端可以穿过冷拉拔模具，未腐蚀部分不能穿过冷拉拔模具；腐蚀后用水冲洗，放入100°C烘干箱中干燥15min;所述的硝酸水溶液中硝酸的质量分数为15% ；
[0101]四、冷拉拔
[0102]将步骤三腐蚀后的棒材安装在冷拉拔装置上，在冷拉拔模具内表面涂覆肥皂水作为润滑剂，以10mm/min的拉拔速度进行一次冷拉拔；
[0103]五、重复步骤三和四的操作重复步骤三和四的操作，依次按2.7mm、2.4mm、2.1mm、1.85mm、1.60mm、1.45mm、1.30mm、1.20mm、1.10mm、1.00mm、0.90mm、0.80mm.0.72mm.0.66mm、
0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm、0.41 mm、0.37mm、0.34mm、0.31mm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、0.2lmn^P0.19mm的模具出口尺寸顺序更换模具，至得到直径分别为0.25mm和
0.19mm的合金纤维;其中，每两次冷拉拔后将棒材放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管放进入550°C的热处理炉中，保温12min，保温结束后取出石英玻璃管冷却到室温，以消除冷拉拔产生的内应力，避免在后续拉拔过程中发生断裂；
[0104]六、冷拉拔后合金纤维退火
[0105]将步骤五得到的合金纤维放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管依次放入500°C、600°C、700°C、800°C和900°C的热处理炉内，并分别保温5min，保温结束后将石英管取出空冷到室温，即得CuZn合金连续纤维。
[0106]测试实施例5中制备的CuZn合金连续纤维的拉伸应力应变曲线，测试结果如图12所示，曲线I是直径为0.19mm的CuZn合金连续纤维，曲线2是直径为0.25mm的CuZn合金连续纤维。由图12可知，直径0.19mm的CuZn合金连续纤维的屈服强度为531.6MPa，抗拉强度为633.8MPa ；直径0.25mm的CuZn合金连续纤维的屈服强度为429.2MPa，抗拉强度为576.5MPa。
【主权项】
1.一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于该方法按以下步骤实现: 一、制备原始铸 按分子式CuxZnyAlz或CuxZny中各元素质量分数，称取纯铜、锌和铝并混合，或称取纯铜、锌并混合，混合后放入内径为7?8mm，且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3X10一2?5 X 10—2Pa后，将石英管的未密封一端封闭，然后将封闭后的石英管竖直放入电阻炉内，将空气电阻炉加热到1240?1260°C并保温40?60min，完成后取出石英管并置于室温水中，敲碎石英管后得到直径7?8mm的原始铸锭； 二、原始铸锭热挤压成棒材 将步骤一得到的原始铸锭密封于内径为8.0?10.0mm且一端密封的石英管中，将石英管内压力降低至3 X 10—2?5 X 10—2Pa后，将石英管的未密封一端封闭，然后将石英管加热到840?860°C并保温15?20h，完成后取出并置于室温水中，敲碎石英管取出铸锭，将铸锭表面涂覆玻璃润滑剂后放入电阻炉中，升温到780?820°C，保温1.0?1.5h，取出后置于预先加热到500?550 0C的挤压模具中挤出成直径为2.7?3.0mm的棒材，然后置于空气中冷却到室温; 三、棒材腐蚀 将步骤二得到的直径2.7?3.0mm的棒材一端浸入硝酸水溶液中，至被腐蚀的棒材一端可以穿过冷拉拔模具，未腐蚀部分不能穿过冷拉拔模具;腐蚀后用水冲洗，烘干； 四、冷拉拔 将步骤三腐蚀后的棒材安装在冷拉拔装置上，在冷拉拔模具内表面涂覆肥皂水作为润滑剂，以10?15mm/min的拉拔速度进行一次冷拉拔； 五、重复步骤三和四的操作，依次按2.7mm、2.4mm、2.1mm、1.85mm、1.60mm、1.45mm、1.30mm、1.20mm、1.10mm、1.00mm、0.90mm、0.80mm、0.72mm、0.66mm、0.60mm、0.55mm、0.50mm、0.45mm、0.41mm、0.37mm、0.34mm、0.31mm、0.29mm、0.27mm、0.25mm、0.23mm、0.21mm、0.19mm、0.16mm、0.13mm、0.llmn^P0.1Omm的模具出口尺寸顺序更换模具，至得到目标直径的合金纤维；其中，每两次冷拉拔后将棒材放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管放进入500?550°C的热处理炉中，保温8?12min，保温结束后取出石英玻璃管冷却到室温； 六、冷拉拔后合金纤维退火 将步骤五得到的合金纤维放入一端开口的石英玻璃管内，再把玻璃管依次放入500°C、600°C、700°C、800°C和900°C的热处理炉内，并分别保温5min，保温结束后将石英管取出空冷到室温，即完成。2.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤一所述分子式CuxZnyAlz中x = 60?80，y = 20?40;z = 100-x_y。3.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤一所述分子式 CuxZnyAlz中x = 70.9，y = 25.35; z = 3.75。4.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤一所述分子式CuxZny中x = 60?80，y= 100-χ。5.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤一所述纯铜的纯度为99.99 %，所述锌的纯度为99.99 %，所述铝的纯度为99.99%06.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤一所述将空气电阻炉加热到1240?1260°C并保温40?60min时的升温速率为5?lCTC/min。7.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤三所述烘干的工艺为在100?120°c烘干10?15min。8.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤二所述的将石英管加热到840?860 °C时的升温速率为5?9 °C/min。9.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤二所述的升温到780?820°C时的升温速率为5?9°C/min。10.根据权利要求1所述的一种冷拉拔制备CuZnAl或CuZn合金连续纤维的方法，其特征在于步骤三所述的硝酸水溶液中硝酸的质量分数为10%?15%。
【文档编号】C22C9/04GK105908013SQ201610326214
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】张学习, 钱明芳, 万鑫浩, 李雅慧, 贠帆, 胡惠文, 李创, 耿林
【申请人】哈尔滨工业大学