铜基形状记忆合金以其便宜的价格，相对简单的加工工艺，优良的记忆效应、有着潜在的商业应用前景．在铜基记忆合金中，研究较多的是 Ｃｕ—Ｚｎ—ＡＩ和 Ｃｕ—ＡＩＮｉ合金，其形状记忆效应来源于热弹性马氏体相变 不少研究者研究了ＣｕＺｎ—ＡＩ和Ｃｕ—ＡＩＮｉ合金马氏体结构，按合金成份，热处理条件及应力诱发相变条件的不同，上述合金马氏体常具有ｇＲ域 １８Ｒ），３Ｒ域６Ｒ）及ＺＨ结构［‘－‘１．近年来，Ｃｕ－ＡＩＭｎ合金的研究又引起众多的关注，它具有记忆应变高，恢复力大，冷加工性能好等优点［’－７］．对于 ＣｕＡＩＭｎ合金马氏体结构，目前的报导尚只见 １８Ｒ与 ３Ｒ两种间，其合金成分源子分数，％；下同）分别为Ｃｕ－１６ＡＩ－１０Ｍｎ，Ｃｕ－１４Ａｌｌ３Ｍｎ和Ｃｕ－１７Ａｌｌ０Ｍｎ，热处理条件为８５０ ｔ固溶，水淬．本文报道的 Ｃｕ—２５ＡＩ—３Ｍｎ合金马氏体结构，在水淬条件下具有单斜ＺＨ（ＭＺＨ）型结构。１ 实验过程 实验合金Ｃｕ－２５Ａ１３Ｍｎ经中频感应熔炼后铸锭，８５０七均匀化 ２４ ｈ，铣去其表面缺陷，热轧成 ｌｍｍ的板材．热轧后板材经 ８００ ｔ固溶处理 １０ ｍｉｎ，水淬．用电阻一温度曲线测得其相变点 Ｍ—７０ ｔ，Ｍ—４０乙，Ａｓ。１０５ ｔ，Ａｆ＝１２８ ｔ。经上述热处理的样品经机械减薄至 ０．１５ ｍｍ后，在 ＨＮＯ３：ＣＨ３ＯＨ—１：２的溶液中于－２０ ｔ条件下双喷穿孔，制成电镜样品，电镜观察在Ｈ－８００透射电镜上进行，操作电压为 ２００ ｋＶ．Ｘ射线衍射实验及数据处理均在Ｄ—５０００衍射仪上进行，样品采用颗粒大小为１８０—２００目的粉末佣板材样品挫取），将其封人充氦气的石英管内，迅速加热至 ８００ ｔ，保温 １０ ｍｉｎ后水淬．２ 实验结果与讨论２．二 全相观宗 图１示出了淬火态合金马氏体组态金相照片．可见合金中除呈现 ＡＣ 矛头状）、ＡＤ 树叉状）、ＡＢ 平行状）三种铜基记忆合金中常见的组态外间，尚有由许多变体群组成的复杂组态，它们并不形成单 一变体群常形成的菱形组态，而形成一种三角形组态（见图中１，２处）及其它复杂组态．这种复 杂的变体组态在铜基记忆合金中尚未见报导，其晶体学关系及对形状记忆效应的影响尚不清楚，此 外，某些变体在金相显微镜观察尺度下即呈现了变体内部孪晶结构（见图中３处）．２．ＺＸ射线衔射分析图２示出了实验合金马氏体Ｘ射线衍射谱，其衍射峰均可按ＺＨ结构标定．表 豆 列出了所测得衍射峰ｄ值与相对积分强度，由实验ｄ值（ｄｉｎ）求出点阵常数ｍ＝ｏ．４４５９ ；６＝０石２１，Ｃ＝０．４２４二ｆｉｌｌ，尸＝８８．６４“．由此反算出的 ｄ值（ｄｃ）同时列于表 １中，可见 ｄｃ与 ｄｍ值吻合得很好． 图３为ＺＨ马氏体刚球原子结构模型，基面原子排列情况只存在１、１１１、１１２、Ｉｌｌ四种位 置，其结构因子可表示为：其中，人，ｆｌｌｌ，ｆｌｌ。，ｊｌｌｌ等为相应位置处原子的散射 因子．假定。为第二层原子沿ａ方向的堆垛位置，则Ｍ—。／。利用刚球原子结构模型Ｋ仰，并假定：①基面［２１０１方向原子彼此紧密接触；＠层间隔为ｃ／２；＠第Ｈ层原子与基面位置互、１１１、Ｉｌｌ的原子（相应原子半径为，Ｉ，，１１ｌ，，Ｉｌｌ）相互接触．可以得出：由实验所得晶格常数可求出ｃ＝０·１５４１ ｆｉｌｌ，则Ｍ一了面页·式＊）右边第一项为基面的结构因子记为凡，当原子完全无序时，各位置 为平均原子，散射因子记为人ｖ；故有：禁止衍射条件为：（二奇数以及（二偶数、（十幻／２一奇数．若基面原子有序，禁止衍射将可能出现，其衍射强度决定于原子的有序分布状态． 当（一偶数、（人十力）／２二奇数时，基面结构因子可简化为：Ｆａ二（人－ｆｌｌ）＋（ｊｌｌｌ－人Ｉ）． 当 ｋ＝奇数，基面结构因子可简化为：Ｆａ一人一人＊． 由上述结构模型和实验合金成分，可计算出原子在基面上不同分布卿不同有序状态）的衍射强度．考 虑到实验合金中三种元素Ｃｕ，ＡＩ，Ｍｎ的原子散射因子差以及Ｘ射线衍射数据，经多种试探， 基面原子较合理的分布为：Ｉ位置为川原子；１１位置为Ｃｕ原子；Ｉｌｌ位置为（妾Ｍｎ＋器Ｃ ｕ）．相应的基面结构因子为考虑多重因子和偏振因子后，可求得各衍射峰相对衍射强度（见表１）．可见计算强度与实验强度吻合的很好．２．３ＴＥＭ观察及电子衍射分析 图４ａ为实验合金马氏体在透射电镜下的明场像，它由两个变体组成，上部变体显示了明显的孪晶亚 结构特征，并且在孪晶中似乎尚存在层错（４＋）；下部变体虽不处于衍衬位置，但孪晶亚结构仍 依稀可见（５＋）．图４ｂ是对应于上部变体的电子衍射图，很显然，它是一套孪晶衍射图，其基 体与孪晶的斑点均可按ＺＨ标定，图４ｂ中已给出了标定结果，可见其为（１２工）ＺＨ孪晶．对 照图４Ｈ与４ｂ，可以发现沿（１２工）。。法线方向出现了衍射条纹（图４ｂ），显然这衍射条纹来自于图４ａ孪晶薄片的衍射效应．在图４仰中，出现了 ０２０衍射斑，它是最近邻原子有序的衍射特征．由于马氏体相变是无扩散的切变式相变，它继承了 母相的有序结构，因此该合金母相状态应具有ＤＯ３域Ｈｅｕｓｌｅｒ）结构．图４ｃ为另一视场 下的电子衍射图，沿ｃ”轴方向，所有的衍射点列的ＵＲＩＳ单元均被一弱衍射斑等分（见＋）， 这是ＺＨ结构的典型衍射特征，该衍射谱可标定为［０Ｔ０］。。晶带．由于在［０Ｔ０］。。晶 带同时出现了００２与２００衍射斑，因此可以测量轴ａ”与ｃ”轴夹角卑，测量结果为ｑ”一ｇ ｉ．４“，因而正空间ａ轴与ｃ轴的夹角为：～８８．６“，可见ＺＨ马氏体是单斜点阵（＊２田；这一结果与Ｘ射线衍射结果是吻合的２．４刚球原子结构模型 利用已有的原子半径数据（ａｃｕ一０·１２８ ｕｒｎ，ａ。ｌ二０二４３ ｕｒｎ，ａＭｎ一０二３４ ｕｒｎ【“］），按紧密接触刚球模型可计算出 ｂ轴晶格常数 ｂｃ一０石４３４ ｕｒｎ，它大于实验值 ｂ；。ｌ一０石２７９ ｕｒｎ，这说明原子沿 ｂ轴方向是密排的在 ［２１０１方向上计算值 ｂ［２１０］ｃ一０石２７７ ｕｒｎ，大于实验值ｂ［２１０１ｍ二０石１８２ ｔｉｍ，这说明原子沿［２１０］方向也应该是密排的 ｂ［２１０］ｍ／ｂ［２１０］。一９８刀％·表明原子的配位数介于８～１２之间 按 Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ理论［１＼当原子的配位数小于１２时，原子半径要发生收缩，考虑到这一 收缩，晶格常数计算值与实验值的吻合还是相当好的，这也说明我们由Ｘ射线衍射结果所得出的基面原子有序分布状态是合理的如果基面上原于具有相同的大小，它们将构成一个精确的正六边形在长周期堆垛排列结构中基面第二层原子相对于第一层原子沿 ａ轴堆垛位置将恰好位于 ａ／３处本文实验合金中的 Ｃｕ，ＡＩ与 Ｍｎ二种元素，原子半径下尽相同，若仍按目前有序结构堆垛，除非基面原子非密排，否则基面原子排列将偏离ａ／３位置，从而产生单斜结构，这与实验结果是一致的．３ 结论 １）Ｃｕ－２５Ａ１３Ｍｎ合金马氏体具有 ＭＺＨ结构，其晶格常数为： ａ＝０４４５９ ｕｒｎ，ｂ＝０石２７９ ｕｒｎ、ｃ＝０．４２４１ ｕｒｎ，ｑ—８８．６４“，基面上原子分布为：ＡＩ原子占据顶角；Ｃｕ原子占据面心；平均原子（器ＣＵ＋纠叫占据卜边中Ｌ ２）Ｃｕ２５Ａ１３Ｍｎ合金马氏体内部亚结构以（１２工）孪晶为主，此外尚存在层错等亚结构缺陷、 ３）Ｃｕ－２５ＡＩ－３Ｍｎ合金马氏体变体组态非常复杂，除 ＡＣ，ＡＤ，ＡＢ三种类型外，尚存在不同变体群间的变体组态Cu-25Al-3Mn合金马氏体 结构及其内部缺陷@李周$中南大学材料科学与工程系!长沙 410083合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥230009
@汪明朴$中南大学材料科学与工程系!长沙 410083
@曹玲飞$中南大学材料科学与工程系!长沙 410083
@徐根应$合肥工业大学材料科学与工程学院!合肥 230009
@苏玉长$中南大学材料科学与工程系!长沙 410083
形状记忆合金;;
马氏体;;Cu-Al-Mn合金利用金相观察、Ｘ射线衍射、透射电镜分析等方法研究 Ｃｕ－２５Ａｌ－３Ｍｎ（原子分数，％）合金马氏体结构． 确认该合金淬火态为有序Ｍ２Ｈ型马氏体，其基面原子分布为：Ａｌ原子占据顶角；Ｃｕ原子占据面心；原子占据ｂ边中点，其点阵常数 ａ＝０．４４５９ ｎｍ，ｂ＝０５２７９ ｎｍ，ｃ＝０．４２４１ ｎｍ，β＝８８６４°合金马氏体内发现有由变体群形成的一种三角形组态及其它复杂组态．<1> Saburi T, Wayman C M. Acta Metall, 1979; 27: 979
<2> Tadaki T, Tokoro M, Shimizu K. fons JIM, 1975; 16:285
<3> Tadaki T, Okazaki H, Nakata Y, Shimizu K. Mater TransM 1990; 31: 941
<4> Ken ji A, Jeff P. Met Trans A, 1985; 16A: 1551
<5> Zak G, Kneissl A C, Zatulskij G. Scr Metall, 1996; 34:363
<6> Wang M P, Xu G Y, Yin Z M. Trans NF Soc, 1995; 5:108
<7> Matsushita K, Okamoto T. J Mater Sci, 1985; 20: 289
<8> Kainuma R, Takahashi S, Ishida K. Metall Mater TransA, 1996; 27A: 2187
<9> Wang M P, Yang
More abstracts about the Cu-25Al-3Mn合金马氏体结构及其内部缺陷