激光选区熔化成形Cu-Al-Mn-La形状记忆合金研究

【作者】 党明珠； 朱文志； 田健； 魏青松； 史玉升；

【机构】 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室；

【摘要】 形状记忆合金(shapememoryalloy,SMA)是一系列可以通过马氏体相变和其逆相变呈现出形状记忆性能的合金,具体相变过程为在马氏体状态下进行一定形状变形的结构,当施加外界温度升高的变化,温度高于奥氏体开始相变点As时会回复为原母相的形状。特别的,有的合金具有双程形状记忆效应。形状记忆合金不仅具有形状记忆效应,还具有超弹性和高阻尼特征,是目前受到广泛关注的新型功能材料。Cu基形状记忆合金形状记忆、超弹性和高阻尼性能良好,相变可调范围宽,并且成本低,导电和导热性能优良,成为功能材料领域一个研究热点。Cu-Al-Mn系合金为Cu基形状记忆合金中延性、形状记忆性能和力学记忆性能良好的合金,主要是由于Mn元素的加入将变形区域向低转变温度和低Al含量扩大,并且可降低马氏体的稳定趋势,使合金具有更高的热稳定性。向合金中添加第四种元素可以调控合金的组织和力学性能,添加稀土元素则可以降低合金熔炼过程中气孔等缺陷的产生,细化晶粒,改善合金内部组织,提高合金的强度和塑性,在Cu基合金中可以提高形状记忆性能等。激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术不仅可以成形结构复杂、定制化的零件,还在已报道的文献中可以成形出高致密、高质量的Cu-Al-Ni形状记忆合金,并可以调节相变温度,改善合金的力学性能等,表明SLM成形Cu基形状记忆合金的可行性。试验选定Cu-Al-Mn系合金,采用激光选区熔化技术成形了Cu-10.2Al-8.5Mn-0.3La(wt.%)合金,成形过程中合金粉末逐层叠加并经历了快速熔化凝固,过程中存在着较大的温度梯度,使得合金的晶粒在熔敷道中的分布有不同区域,与铸造中晶粒尺寸均匀有较大差别。试验中材料的成形工艺参数为激光功率225W,扫描速度500mm/s,层厚0.025mm,扫描间距0.1mm,基板预热150℃,成形后的试样采用排水法测出具有接近100%的致密度;对微观结构分析发现,试样中在熔敷道中心至边界依次分布着细晶区,过渡区和等轴晶区,同时存在马氏体结构;纳米压痕分析测试显示试样的纳米硬度为4.33±0.17GPa,杨氏模量为122±8 GPa。更多还原