形状记忆合金是一种智能型功能材料，它集感知与驱动功能于一体，可以制成传感器、探测器、阻尼器件、能量转换器以及智能微型装置等，在电子通信、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具有广泛的用途。在目前已得到实际应用的三大形状记忆合金体系（Ni-Ti基、Cu基和Fe基合金）中，Cu基形状记忆合金，由于具有价格低廉（不到Ni-Ti合金的1/10）、良好的导电和导热性能、相变温度可调范围广、工作温度较高等优点，已成为除Ni-Ti合金之外，较具应用前景的形状记忆合金。

最早在金属中发现形状记忆效应可追溯到20世纪30年代。美国、日本等国家对形状记忆合金的研究和应用开发已较为成熟，同时也较早地实现了形状记忆合金的产业化。我国从20世纪70年代末才开始形状记忆合金的研究工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面, 特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得到国际学术界的公认, 在应用开发上也有一些独到的成果。但是, 由于研究条件的限制, 在形状记忆合金的基础理论和材料科学方面的研究上, 我国与国际先进水平尚有一定差距, 尤其是在形状记忆合金产业化和工程应用方面与国外差距较大。

新型Cu-Al-Mn形状记忆合金，由于其良好的热稳定性和优良的力学性能，近年来正受到越来越多研究者的关注，成为Cu基形状记忆合金的一个研究热点。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。

定向凝固技术是一种制备大晶粒尺寸、高取向性组织和平直晶界形貌的柱状晶组织合金的方法。柱状晶组织能大幅降低晶界应力集中，显著提升合金的变形能力；特别是对于具有应力诱导相变特征的合金，柱状晶组织能够通过形变-相变的相互促进作用，获得高相变和高形变协调性。

本课题来源于国家自然科学基金项目，针对柱状晶组织Cu-Al-Mn合金马氏体相变引起的组织结构变化，导致的热膨胀行为的影响，研究合金的热膨胀性能的影响机制，为形状记忆合金的热膨胀性能的控制提供思路。

2. 研究的基本内容与方案

主要内容及目标如下：

（1）柱状晶组织Cu-Al-Mn合金的制备和显微组织分析

采用定向凝固技术，使用自制的水冷铜模强制冷却定向凝固设备来制备柱状晶组织Cu-Al-Mn形状记忆合金坯料。然后用线切割切样，在不同方向上切样，采用金相分析法进行试样的显微组织分析。

（2）柱状晶组织Cu-Al-Mn合金的热膨胀系数的影响机制

采用实验测试线膨胀系数的方法研究合金成分、温度以及组织结构对柱状晶组织Cu-Al-Mn合金的热膨胀系数的影响，以及热膨胀系数的各向异性研究，明确合金的组织性能影响机制。