1. 研究目的与意义（文献综述）

形状记忆合金(smas)作为一种智能型功能材料,广泛应用于电子通信、医疗卫生、机械制造、航空航天、能源化工、土木建筑以及日常生活等众多领域。cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展潜力的一类形状记忆合金。近几年,智能系统的迅速发展和高性能cu基形状记忆合金的开发较大的推动了cu基形状记忆合金的应用。在目前己得到实际应用的ni-ti，cu基和fe基形状记忆合金3大体系中，cu基形状记忆合金具有形状记忆性能优良，价格低廉、导电和导热性能良好、相变温度可调范围宽等诸多优点。cu基形状记忆合金由于成本低廉、易加工、导热导电性能和阻尼性能良好等优点，在电子通信、机械制造、土木建筑及日常生活等应用领域具有一定的优势，例如由于对热敏感性高，相变温度可控范围广，使用 cu 基形状记忆合金制造的温控器件结构简单、灵敏度高、可靠性好，已广泛应用于温室天窗开闭器、恒温自动控制器、控温水阀、电加热水壶控制器、百叶窗或遮阳张合装、空调风向调节器、散热器阀门、化学反应温度自动控制器、对流电子炉中气流调节器和冰箱冷柜自动开关等。

前期研究表明采用定向凝固方法制备了具有轴向强织构和平直低能晶界特征的柱状晶cu-al-mn形状记忆合金，解决了普通多晶组织cu基形状记忆合金由于变形协调能力差，易发生晶间断裂而导致记忆性能差，限制了合金的广泛应用的问题。该合金的超弹性应变可达到10%以上，达到单晶合金水平，具有替代ni-ti合金的潜力。柱状晶cu-al-mn形状记忆合金的特殊组织特征能显著提高马氏体相变的协调能力是产生超大超弹性的主要原因。目前，对于马氏体相变协调能力的实验观测是研究形状记忆合金相变机制的重要研究方向。

马氏体相变的表面浮凸效应显示马氏体相变过程中发生的形状改变是马氏体相变点阵变形的宏观体现，是定义或识别马氏体相变机制的最重要的特征表面浮突是伴随相变在材料表面产生的一种现象。通过对表面浮突特征的分析可以判断相变的类型和机理，马氏体相变导致的表面浮突与贝氏体相变不同, 前者由于无扩散切变得到的浮突多为 n 或 z 型 ，而后者由于扩散得到的浮突多为帐篷型 . 其中马氏体相变的表面浮突角多在 10#9702;—20#9702;，不同的相变类型决定了其表面浮突角的大小范围, 到目前还缺乏对 fcc-fct 相变浮突角的充分认识，由于此类结构转变的相变应变比较小(#8764;0.2%)，所以其表面浮突角相应可能会小很多。另外这些浮突都是在正相变中产生的, 对于逆相变中表面形貌的变化目前研究得比较少。 现有的实验表明，mn fe cu 合金的相变温度与合金成份有密切的联系，当 mn 含量超过 75 at%，其马氏体相变温度会达到 150 #9702;c，从而成为高温形状记忆合金, 具有较好的应用前景。一般高温形状记忆合金的相变温度高于 100 #9702;c，所以研究其马氏体相变表面浮突比较困难。利用x射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜等研究了cu-18al-9mn-3.4zn(摩尔分数,%)形状记忆合金的马氏体晶体结构、亚结构以及马氏体相变宏观形状应变特征。结果表明:该合金的马氏体晶体结构为18r结构,亚结构为层错；单变体马氏体表面浮凸呈“-/-”型，浮凸高度为400～ 500 nm，浮凸宽度为2 000～ 2 400 nm;多变体马氏体表面浮凸呈“ n”型和“山尖”型,浮凸高度为200～ 400 nm,浮凸宽度为1000～1800nm;浮凸角均为8°～ 12°;马氏体相变符合g t模型的双切变特征,惯习面为(113)面。

2. 研究的基本内容与方案

1.通过定向凝固技术制备出较好的柱状晶cu-al-mn形状记忆合金，合金成分为：al 17 ~ 20 at.%，mn 9 ~ 11 at.%，cu余量，通过调节成分制备室温下分别为奥氏体和马氏体组成的两种成分合金试样，以及制备同成分的普通多晶组织合金作为对比。采用差热扫描仪测试两种成分合金的马氏体相变点，并对合金的组织结构进行表征。

2.将两种合金采用线切割方法制成拉伸试样，并对拉伸试样表面进行电解抛光，然后进行预拉伸变形，获得表面浮凸，采用力学系已有的原子力显微镜( afm) 对马氏体表面浮凸形貌、高度、浮凸角度进行观察与定量分析。

3.将两种合金在马氏体相变温度上下进行加热，采用原位的方式在原子力显微镜中对马氏体相变过程中的变化进行分析。

3. 研究计划与安排

1.第1-2周查阅国内外文献并翻译英文文献，了解形状记忆合金马氏体相变宏观应变特征的相关知识，了解原子力显微镜分析方法，完成开题报告；

2.第3-4周学习与研究内容相关的理论知识和试验方法，开始进行理论分析、试样准备和预实验分析；

3.第5-9周完成原子力显微镜分析实验相关内容；

4. 参考文献（12篇以上）

【1】.liu c, yuan f, wang g l, et al. in-situ study of surface relief due to cubic-tetragonal martensitic transformation in mn69.4fe26.0cu4.6 antiferromagnetic shape memory alloy[j]. journal of magnetism and magnetic materials, 2016,407:1-7.

【2】.林晓娉, 丁坤英, 董允, 韩永梅, 铜基形状记忆合金马氏体相变宏观形状应变特征, 中国有色金属学报, (2005) 1033-1039.

【3】.元峰, 刘川, 耿正, 崔严光, 王林, 万见峰, 张骥华, 戎咏华, 锰基高温反铁磁形状记忆合金中马氏体逆相变的表面浮突研究, 物理学报, (2015) 248-254.