阅读说明：本技术 一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金、其配比和制备方法 (CuAlBe shape memory alloy with specific Ms, and proportioning and preparation method thereof ) 是由 王果 肖小亭 邓俊 黎沃光 余业球 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金、其配比和制备方法,其中配比方法包括以下步骤：根据Cu-Al二元相图获得CuAlBe形状记忆合金中的Al含量；根据经验公式、特定Ms和CuAlBe形状记忆合金中的Al含量,计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Be含量；根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量和Be含量,计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Cu含量,完成CuAlBe形状记忆合金的配比。本发明通过配比方法,可以获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金中的Cu、Al和Be的含量,从而获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。由此,可根据对Ms的需求调整Cu、Al和Be的含量,从而使CuAlBe形状记忆合金的Ms适应其工作需求,让CuAlBe形状记忆合金得到更广泛地应用。(The invention discloses a CuAlBe shape memory alloy with specific Ms, and a proportioning and preparation method thereof, wherein the proportioning method comprises the following steps: obtaining the Al content in the CuAlBe shape memory alloy according to a Cu-Al binary phase diagram; calculating to obtain the Be content in the CuAlBe shape memory alloy according to an empirical formula, the specific Ms and the Al content in the CuAlBe shape memory alloy; and calculating the Cu content in the CuAlBe shape memory alloy according to the Al content and the Be content in the CuAlBe shape memory alloy to complete the proportioning of the CuAlBe shape memory alloy. According to the invention, the contents of Cu, Al and Be in the CuAlBe shape memory alloy with the specific Ms can Be obtained through a proportioning method, so that the CuAlBe shape memory alloy with the specific Ms is obtained. Therefore, the contents of Cu, Al and Be can Be adjusted according to the requirement on Ms, so that the Ms of the CuAlBe shape memory alloy can adapt to the working requirement of the CuAlBe shape memory alloy, and the CuAlBe shape memory alloy can Be widely applied.)

一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金、其配比和制备方法

技术领域

本发明涉及形状记忆合金领域，尤其涉及一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金、其配比和制备方法。

背景技术

形状记忆合金因其形状记忆效应被广泛应用于生物医疗、结构阻尼和机械连接件等多个领域。形状记忆合金的Ms(马氏体相变温度点)会影响其应用，例如现有很多种运动驱动装置利用形状记忆合金部件来驱动。申请号为CN201821520180.6的中国专利中公开了如下内容：活动块与形状记忆合金部件的一端连接，形状记忆合金部件的另一端与固定端连接，形状记忆合金部件与外置电源连接。当形状记忆合金部件通电时其温度会上升，当达到相变温度时，形状记忆合金部件会缩短进而带动活动块移动，达到运动驱动的目的。由上可知，使形状记忆合金的Ms适应其工作环境需求对应形状记忆合金的应用非常重要，即现在亟需一种具有特定Ms的形状记忆合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金、其配比和制备方法，通过调整CuAlBe形状记忆合金的金属含量来控制Ms，使形状记忆合金的Ms适应其工作环境需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金的配比方法，包括以下步骤：

根据Cu-Al二元相图获得CuAlBe形状记忆合金中的Al含量；

根据经验公式、特定Ms和CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Be含量；

根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量和Be含量，计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Cu含量，完成CuAlBe形状记忆合金的配比。

可选的，所述经验公式具体为：

Ms＝1245–71*(wt.％Al)–893*(wt.％Be)；

其中，(wt.％Al)为CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，(wt.％Be)为所述CuAlBe形状记忆合金中的Be含量。

可选的，所述步骤：根据Cu-Al二元相图获得所述CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，具体包括：

在Cu-Al二元相图上查找共析点，获得共析点处的Al含量为11.8wt％；

根据共析点处的Al含量和允许误差，获得CuAlBe形状记忆合金中的Al含量范围为10.6-14.2wt％，在10.6-14.2wt％中选择一个确定值作为CuAlBe形状记忆合金中的Al含量。

可选的，所述CuAlBe形状记忆合金中，Be来源于CuBe合金，Cu来源于CuBe合金和纯Cu，Al来源于纯Al；

所述步骤：计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Cu含量，之后还包括：

根据CuAlBe形状记忆合金中的Be含量，计算获得所需CuBe合金的质量份数；

根据CuAlBe形状记忆合金中的Cu含量和CuBe合金的质量份数，计算获得所需纯铜的质量份数，

根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，计算获得所需纯Al的质量份数，完成CuAlBe形状记忆合金的配比。

可选的，所述步骤：根据CuAlBe形状记忆合金中的Be含量，计算获得所需CuBe合金的质量份数，具体包括：

根据CuAlBe形状记忆合金中的Be含量和Be的烧损率，计算获得所需CuBe合金的质量份数；

所述步骤：根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，计算获得所需纯Al的质量份数，具体包括：

根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量和Al的烧损率，计算获得所需纯Al的质量份数。

可选的，所述Be的烧损率为5％，所述Al的烧损率为15％。

一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金的制备方法，包括以下步骤：

根据如上所述的配比方法，获得制备所述CuAlBe形状记忆合金所需的CuBe合金、纯Cu和纯Al的质量份数；

根据获得的CuBe合金、纯Cu和纯Al的质量份数，将CuBe合金、纯Cu和纯Al在氮气气氛中加热至1100℃以上并通过搅拌混合，获得CuAlBe合金金属液；

将CuAlBe合金金属液冷却获得CuAlBe合金铸锭；

将CuAlBe合金铸锭熔融后拉铸，获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。

可选的，所述步骤：将CuAlBe合金金属液冷却获得CuAlBe合金铸锭，具体包括：

将CuAlBe合金金属液去除表面悬浮杂质后倒入石墨模中冷却，获得CuAlBe合金铸锭。

可选的，所述步骤：将CuAlBe合金铸锭熔融后拉铸，获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金，具体包括：

将CuAlBe合金铸锭放入热型连铸装置中的坩埚内熔融，经热型连铸装置拉铸，获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。

一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金，采用如上所述的制备方法制得，所述CuAlBe形状记忆合金为柱状晶。

可选的，所述具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金，包括以下质量份数的组分：Cu-3.98％Be合金461.54份，Al 354份和Cu 2187.53份；所述CuAlBe形状记忆合金的Ms为-50℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过配比方法，可以获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金中的Cu、Al和Be的含量，从而获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。由此，可根据对Ms的需求调整Cu、Al和Be的含量，从而使CuAlBe形状记忆合金的Ms适应其工作需求，让CuAlBe形状记忆合金得到更广泛地应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1提供的具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金的制备方法的示意图。

图2为本发明实施例1提供的具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金棒材的示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金的配比方法，包括以下步骤：

根据Cu-Al二元相图获得CuAlBe形状记忆合金中的Al含量；

根据经验公式、特定Ms和CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Be含量；

根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量和Be含量，计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Cu含量，完成CuAlBe形状记忆合金的配比。

通过该配比方法，可以获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金中的Cu、Al和Be的含量，从而获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。由此，可根据对Ms的需求调整Cu、Al和Be的含量，从而使CuAlBe形状记忆合金的Ms适应其工作需求，让CuAlBe形状记忆合金得到更广泛地应用。

在本发明中，所述经验公式具体为：

Ms＝1245–71*(wt.％Al)–893*(wt.％Be)；

其中，(wt.％Al)为CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，(wt.％Be)为所述CuAlBe形状记忆合金中的Be含量。

在本发明中，所述步骤：根据Cu-Al二元相图获得所述CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，具体包括：

在Cu-Al二元相图上查找共析点，获得共析点处的Al含量为11.8wt％；

根据共析点处的Al含量和允许误差，获得CuAlBe形状记忆合金中的Al含量范围为10.6-14.2wt％，在10.6-14.2wt％中选择一个确定值作为CuAlBe形状记忆合金中的Al含量。

根据CuAl形状记忆合金理论，只有当Al含量在在11.8wt％附近时，CuAl形状记忆合金的高温β相快速冷却才能产生有序化转变从而获得有序化相β1相，而只有有序化β1相才能产生形状记忆效应，因而Al含量约11.8wt％，可适当小幅度变化，但都应在10.6-14.2wt％的范围内。CuAl形状记忆合金理论可以应用于CuAlBe合金，因此本发明中CuAlBe合金中Al含量为10.6-14.2wt％。

在本发明中，所述CuAlBe形状记忆合金中，Be来源于CuBe合金，Cu来源于CuBe合金和纯Cu，Al来源于纯Al。采用CuBe合金引入Be元素而不用纯Be是因为纯Be有毒且不易获得。

所述步骤：计算获得CuAlBe形状记忆合金中的Cu含量，之后还包括：

根据CuAlBe形状记忆合金中的Be含量，计算获得所需CuBe合金的质量份数；

根据CuAlBe形状记忆合金中的Cu含量和CuBe合金的质量份数，计算获得所需纯铜的质量份数，

根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，计算获得所需纯Al的质量份数，完成CuAlBe形状记忆合金的配比。

本发明通过计算获得所需的纯Cu、纯Al和CuBe合金的质量份数，从而便于按照计算的配方制备相应的CuAlBe形状记忆合金。

进一步的，所述步骤：根据CuAlBe形状记忆合金中的Be含量，计算获得所需CuBe合金的质量份数，具体包括：根据CuAlBe形状记忆合金中的Be含量和Be的烧损率，计算获得所需CuBe合金的质量份数。

类似的，所述步骤：根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量，计算获得所需纯Al的质量份数，具体包括：根据CuAlBe形状记忆合金中的Al含量和Al的烧损率，计算获得所需纯Al的质量份数。

本发明是通过热型连铸工艺获得CuAlBe形状记忆合金，在连铸过程中，Al和Be会出现烧损，影响制得的CuAlBe形状记忆合金的Ms。因此，在计算配方需要考虑烧损率，以减少误差。根据实验数据统计分析，所述Be的烧损率为5％，所述Al的烧损率为15％。

为便于理解，将前述Cu-Al二元相图获得CuAlBe形状记忆合金的总质量定义为M，其中Cu含量为x，Al含量为y，Be含量为z。则x、y、z、Z的计算过程如下：

根据Cu-Al二元相图获得y，y优选为11.8wt％；

根据Ms＝1245–71y–893z，已知y和Ms，计算获得z；

根据x+y+z＝1，已知y和z，计算获得x。

本发明还提供了一种具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金的制备方法，包括以下步骤：

根据如上所述的配比方法，获得制备所述CuAlBe形状记忆合金所需的CuBe合金、纯Cu和纯Al的质量份数；

根据获得的CuBe合金、纯Cu和纯Al的质量份数，将CuBe合金、纯Cu和纯Al在氮气气氛中加热至1100℃以上并通过搅拌混合，获得CuAlBe合金金属液；

将CuAlBe合金金属液冷却获得CuAlBe合金铸锭；

将CuAlBe合金铸锭熔融后拉铸，获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。

其中，所述步骤：将CuAlBe合金金属液冷却获得CuAlBe合金铸锭，具体包括：将CuAlBe合金金属液去除表面悬浮杂质后倒入石墨模中冷却，获得CuAlBe合金铸锭。

所述步骤：将CuAlBe合金铸锭熔融后拉铸，获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金，具体包括：将CuAlBe合金铸锭放入热型连铸装置中的坩埚内熔融，经热型连铸装置拉铸，获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。

本发明还提供了一种CuAlBe形状记忆合金，采用如上所述的制备方法制得，所述CuAlBe形状记忆合金为柱状晶。

通过热型连铸装置，可以获得柱状晶组织结构，使CuAlBe形状记忆合金的形状记忆回复性能得到提升。现有传统的铜基和铁基记忆合金在传统加工工艺下只能得到等轴晶组织，可恢复应变都低于3％。而本发明制得的CuAlBe形状记忆合金，可恢复形状记忆应变超过9％。且本发明未采用NiTi等昂贵材料，材料成本低廉。即本发明制得的CuAlBe形状记忆合金可兼顾廉价和高性能要求。

下面通过具体实施例进一步阐述本发明。本发明所采用的原料均可从市场购得或者在本领域常用，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

本实施例1假设根据使用环境所需的CuAlBe形状记忆合金的Ms为-50℃，总质量为3000g，假设使用的CuBe合金中Be含量为3.98％，将Al含量定义为11.8wt％。

1)配方计算：

根据经验公式：-50＝1245-71*11.8-893*(wt.％Be)，求得Be含量为0.51wt％。所以目标的成分为Cu-11.8％Al-0.51％Be。

需配料Be的量为：3000*0.51％/(1-15％)＝18g；

需要Cu-3.98％Be合金的量为：18/3.98％＝461.54g；

所需Al的量为：3000*11.8％＝354g；

所需准备的紫铜(纯Cu)应为剩余的87.69％减去CuBe合金中的Cu含量：3000*87.69％-461.54*(1-3.98％)＝2187.53g。

所以配料质量分别为Cu-3.98％Be合金461.54g，纯Al质量354g，纯Cu质量2187.53g。

2)将步骤1)中的CuBe合金、纯Al和纯Cu加入坩埚中在氮气氛围中加热至1100℃以上，搅拌混合。然后将熔融的合金金属液去除表面悬浮杂质后倒入石墨金属模中冷却，形成CuAlBe合金铸锭。

3)将CuAlBe合金铸锭放入热型连铸装置中的坩埚内熔融，经热型连铸装置拉铸，形成柱状晶CuAlBe合金棒材。至此，获得了具有特定Ms的柱状晶CuAlBe形状记忆合金棒材。

本发明通过配比方法，可以获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金中的Cu、Al和Be的含量，从而获得具有特定Ms的CuAlBe形状记忆合金。由此，可根据对Ms的需求调整Cu、Al和Be的含量，从而使CuAlBe形状记忆合金的Ms适应其工作需求，让CuAlBe形状记忆合金得到更广泛地应用。进一步的，本发明通过热型连铸装置，可以获得柱状晶组织结构，使CuAlBe形状记忆合金的形状记忆回复性能得到提升。从而制得兼顾廉价和高性能要求的CuAlBe形状记忆合金。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。