CN103320724B - Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料及其制备方法。该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的制备方法包括以下步骤：采用搅拌摩擦加工使Mo粉末掺入到CuZnAl复合材料板材中，得到Mo/CuZnAl复合材料；对所述Mo/CuZnAl复合材料依次进行轧制、拔丝，得到所述的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料。该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料由该制备方法所制备得到。本发明采用搅拌摩擦+轧制+拔丝的制备方法，使复合材料中的Mo微纳米线沿轴向均匀分布在CuZnAl形状记忆合金基体中。
Description
技术领域
本发明涉及一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料及其制备方法，尤其涉及一种以Mo为增强相，以CuZnAl复合材料为基体，利用搅拌摩擦加工技术制备的记忆合金复合材料，属于金属复合材料技术领域。
背景技术
金属基复合材料具有较高的比模量、比强度，优异的高温力学性能以及良好的耐磨性，尺寸稳定性、抗疲劳、热膨胀系数小等特点而广泛地应用于航空航天、汽车、军事等领域。其中，CuZnAl基形状记忆合金复合材料因其易加工、成本低廉等特点，而受到国内外的普遍关注。但是，CuZnAl基形状记忆合金复合材料的力学性能仍有待改善。
纳米线具有较高的强度，可作为金属基复合材料的增强相。利用传统的机械混合热压的方法制备纳米线复合材料，存在以下问题：纳米线在基体中分散不均匀、无法定向排布、界面结合不理想、体积分数较低等。
因此，如何研发出一种以纳米线作为增强相的CuZnAl记忆合金复合材料及其制备方法，仍是本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料及其制备方法。本发明采用搅拌摩擦+轧制+拔丝的制备方法，使复合材料中的Mo微纳米线沿轴向均匀分布在CuZnAl形状记忆合金基体中。
为达上述目的，本发明提供一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
采用搅拌摩擦加工使Mo粉末掺入到CuZnAl复合材料板材中，得到Mo/CuZnAl复合材料；
对所述Mo/CuZnAl复合材料依次进行轧制、拔丝，得到所述的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料。
在上述的制备方法中，优选地，所述搅拌摩擦加工的搅拌头的转速为200-2000转/分钟，行进速度为20-600毫米/分钟，搅拌摩擦加工的次数为2-6道次。采用搅拌摩擦加工将Mo粉末掺入到CuZnAl复合材料板材中，无需事先对CuZnAl复合材料板材进行开孔或开槽，而是将Mo粉末装入搅拌摩擦加工的设备（搅拌摩擦焊，其可以为本领域常规使用的搅拌摩擦焊）中，使其随搅拌头均匀分布到CuZnAl复合材料板材中。而且，在第一次进行搅拌摩擦加工后，其余道次的搅拌摩擦加工仍然可以继续加入Mo粉末，并且是对已经分布有Mo粉末的CuZnAl复合材料板材的区域进行搅拌摩擦加工。
在上述的制备方法中，优选地，所述Mo粉末的颗粒直径为1μm-5μm。
在上述的制备方法中，所述CuZnAl复合材料板材为本领域常见的合金，其制备方法可以根据本领域通常采用的CuZnAl复合材料板材的制备工艺进行。优选地，所述CuZnAl复合材料板材的厚度为8mm-15mm；更优选为10mm。
在上述的制备方法中，优选地，所述Mo粉末和所述CuZnAl复合材料板材的质量比为1:100-10:100；更优选为1:20。
在本发明的制备方法中，在进行搅拌摩擦加工时，能够将等轴状的Mo增强粒子复合入CuZnAl形状记忆合金基体中，形成复合材料初始坯料，然后再对该复合材料初始坯料依次轧制以及拔丝处理。其中，所述轧制和拔丝均可以为多道次的轧制和拔丝；所述轧制可以为热轧或冷轧；所述拔丝可以为热拔或冷拔。而且，所述轧制和拔丝所采用的设备和工艺方法均可以为本领域对金属复合材料进行塑性加工时常用的设备和方法，为得到不同的型材以及不同Mo微纳米线的直径，而对轧制和拔丝的工艺参数和工艺步骤等进行的各种调整和控制均可以为根据本领域通常采用的工艺方法进行。通过轧制和拔丝工艺可有效控制所制备的复合材料中Mo微纳米线的直径，从而可达到不同的增强效果。
在上述的制备方法中，优选地，轧制后的Mo/CuZnAl复合材料的厚度为2mm-5mm，更优选为2mm。一般而言，轧制后得到的Mo/CuZnAl复合材料为Mo/CuZnAl复合材料板材，所述厚度为板材的厚度。
在上述的制备方法中，在每次进行轧制后，均需进行退火处理。优选地，所述轧制过程中的退火温度为630℃-700℃，时间为10-30分钟；更优选地，退火温度为630℃，时间为10分钟。
在上述的制备方法中，优选地，所述拔丝使拔丝后的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的直径为0.2mm-1mm。一般而言，拔丝后得到的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料为复合材料丝材，所述直径为丝材的直径。
在上述的制备方法中，在每次进行拔丝后，均需进行退火处理。优选地，所述拔丝过程中的退火温度为630℃-700℃，时间为10-30分钟；更优选地，退火温度为630℃，时间为10分钟。在这630℃-700℃的温度下进行退火可有效地促进材料的进一步塑性加工。
本发明采用Mo作为增强相可有效提高复合材料的强度，而且Mo具有高的熔点，并不与CuZnAl发生反应，制备得到的复合材料中两相结合良好，增强相的体积分数可通过搅拌摩擦加工道次控制，制备的复合材料中微纳米线沿轴向排布。
本发明还提供一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料，其是由上述的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的制备方法所制备得到的。
在上述的记忆合金复合材料中，优选地，所述Mo微纳米线的直径为20nm-2μm。
本发明采用等轴状金属单质Mo粒子作为增强相，CuZnAl形状记忆合金材料作为基体，通过搅拌摩擦加工技术将Mo粒子复合入CuZnAl记忆合金基体中，通过后续的轧制、拔丝的塑性变形加工，使等轴状的Mo粒子在基体内变形延展，形成微米-纳米尺度的线状增强相，制备得到了分散均匀、沿材料轴向排布的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料。
附图说明
图1为实施例1的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料纵截面背散射电子照片。
图2为实施例1的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料横截面背散射电子照片。
图3为图2中的灰色区域的扫描电镜能谱分析结果。
图4为图2中的白色区域的扫描电镜能谱分析结果。
图5为纯CuZnAl复合材料的应力-应变曲线。
图6为实施例1的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的应力-应变曲线。
图7为实施例2的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料纵截面背散射电子照片。
图8为实施例2的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料横截面背散射电子照片。
具体实施方式
本发明的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的制备方法可以包括以下步骤：
（1）选取颗粒直径1μm-5μm的Mo粉末和厚度为8mm-15mm的CuZnAl复合材料板材，采用搅拌摩擦加工将所述Mo粉末掺入到CuZnAl复合材料板材中，所述搅拌摩擦加工的搅拌头的转速为200-2000转/分钟，行进速度为20-600毫米/分钟，搅拌摩擦加工的次数为2-6道次，得到Mo/CuZnAl复合材料；
（2）对所述Mo/CuZnAl复合材料进行多道次的轧制，并且在每次轧制后所进行的退火处理的温度为630℃-700℃，时间为10-30分钟，使轧制后的Mo/CuZnAl复合材料的厚度为2mm-5mm，得到轧制后的Mo/CuZnAl复合材料；
（3）对所述轧制后的Mo/CuZnAl复合材料进行多道次的拔丝，并且在每次拔丝后所进行的退火处理的温度为630℃-700℃，时间为10-30分钟，根据所需Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的丝材直径以及其中Mo微纳米线的直径调整拔丝的道次，得到所述的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料。
实施例1
本实施例提供一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料，其是按照以下方法制备得到的：
（1）选取颗粒直径2μm的Mo粉末和厚度为1cm的CuZnAl复合材料板材，采用搅拌摩擦加工将所述Mo粉末掺入到CuZnAl复合材料板材中，所述搅拌摩擦加工的搅拌头的转速为1200转/分钟，行进速度为400毫米/分钟，搅拌摩擦加工的次数为3道次，得到Mo/CuZnAl复合材料；
（2）对所述Mo/CuZnAl复合材料进行5道次的冷轧，并且在每次冷轧后所进行的退火处理的温度为630℃，时间为10分钟，使冷轧后的Mo/CuZnAl复合材料的厚度为2mm，得到冷轧后的Mo/CuZnAl复合材料；
（3）使所述冷轧后的Mo/CuZnAl复合材料通过线切割，得到横截面2mm×2mm的长条状Mo/CuZnAl复合材料；
（4）对所述横截面2mm×2mm的长条状Mo/CuZnAl复合材料进行10道次的冷拔，并且在每次冷拔后所进行的退火处理的温度为630℃，时间为10分钟，得到直径为0.2mm的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材。
图1为该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材的纵截面背散射电子照片。图2为该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材的横截面背散射电子照片。由图1和图2可以看出，该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材中的Mo微纳米线的直径约为20nm-1μm，且该复合材料中的Mo微纳米线的体积分数较高，微纳米线分散均匀并沿材料轴向排布，而且界面结合良好。图3为图2中的灰色区域的扫描电镜能谱分析结果。图4为图2中的白色区域的扫描电镜能谱分析结果。由图3和图4可知，图2中的白色区域的成分主要为Mo，而灰色区域的成分主要为CuZnAl。图5为纯CuZnAl复合材料丝材的应力-应变曲线。图6为实施例1制备的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材的应力应变曲线。对比图5和图6可知，实施例1的复合材料的屈服强度约为450MPa，断裂强度为690MPa；普通的纯CuZnAl丝材的屈服强度为200MPa，断裂强度为500MPa。由此可知，实施例1的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的屈服强度和断裂强度比未复合Mo微纳米线的CuZnAl复合材料分别提高了125%和38%，复合Mo微纳米线使CuZnAl形状记忆合金复合材料的力学性能有所提高。
实施例2
本实施例提供一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料，其是按照以下方法制备得到的：
（1）选取颗粒直径5μm的Mo粉末和厚度为1cm的CuZnAl复合材料板材，采用搅拌摩擦加工将所述Mo粉末掺入到CuZnAl复合材料板材中，所述搅拌摩擦加工的搅拌头的转速为1000转/分钟，行进速度为500毫米/分钟，搅拌摩擦加工的次数为2道次，得到Mo/CuZnAl复合材料；
（2）对所述Mo/CuZnAl复合材料进行6道次的冷轧，并且在每次冷轧后所进行的退火处理的温度为630℃，时间为10分钟，使冷轧后的Mo/CuZnAl复合材料的厚度为2mm，得到冷轧后的Mo/CuZnAl复合材料；
（3）使所述冷轧后的Mo/CuZnAl复合材料通过线切割，得到横截面2mm×2mm的长条状Mo/CuZnAl复合材料；
（4）对所述横截面2mm×2mm的长条状Mo/CuZnAl复合材料进行8道次的冷拔，并且在每次冷拔后所进行的退火处理的温度为630℃，时间为10分钟，得到直径为0.28mm的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材。
图7为该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材的纵截面背散射电子照片。图8为该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材的横截面背散射电子照片。由图7和图8可以看出，该Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料丝材中的Mo微纳米线的直径约为50nm-2μm，且该复合材料中的Mo微纳米线的体积分数较高，微纳米线分散均匀并沿材料轴向排布，而且界面结合良好。
Claims (4)
1.一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
采用搅拌摩擦加工使Mo粉末掺入到CuZnAl复合材料板材中，得到Mo/CuZnAl复合材料；
对所述Mo/CuZnAl复合材料依次进行轧制、拔丝，得到所述的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料；
其中，所述搅拌摩擦加工的搅拌头的转速为200-2000转/分钟，行进速度为20-600毫米/分钟，搅拌摩擦加工的次数为2-6道次；
所述轧制过程中的退火温度为630℃-700℃，时间为10-30分钟；
所述拔丝过程中的退火温度为630℃-700℃，时间为10-30分钟；
所述Mo粉末的颗粒直径为1μm-5μm；
所述CuZnAl复合材料板材的厚度为8mm-15mm；
所述Mo粉末和所述CuZnAl复合材料板材的质量比为1:100-10:100。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，轧制后的Mo/CuZnAl复合材料的厚度为2mm-5mm。
3.一种Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料，其是由权利要求1或2所述的Mo微纳米线/CuZnAl记忆合金复合材料的制备方法所制备得到的。
4.根据权利要求3所述的记忆合金复合材料，其中，所述Mo微纳米线的直径为20nm-2μm。
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