碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于有色金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其是一種采用納米碳化硼?碳化硅晶須來增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料的方法。原位生成碳化硼?碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料粉末由高強(qiáng)度銅基復(fù)合基體材料粉末和納米碳化硼?碳化硅晶須粉末組成，采用機(jī)械混合法使高強(qiáng)度銅基復(fù)合基體粉末與納米碳化硼?碳化硅晶須粉末均勻混合，真空燒結(jié)熱壓錠通過擠壓變形獲得原位生成納米碳化硼?碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料。本發(fā)明因原位生成納米碳化硼?碳化硅晶須增韌銅基復(fù)合材料具有強(qiáng)韌性，同時(shí)耐磨性、強(qiáng)度顯著提高，尤其適合于高速鐵路高強(qiáng)度電纜、高端裝備制造業(yè)等。尤其適合于刀具、模具和航空航天等材料的應(yīng)用。
【專利說明】
碳化硼-碳化硅晶須増韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其是一種采用納米碳化硼-碳化硅晶須來增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅及銅合金材料由于具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕性以及良好的塑性加工性能和較高的強(qiáng)度，目前廣泛應(yīng)用于電力電纜、電工、電機(jī)、高端裝備制造等工業(yè)部門。由于銅及銅合金材料強(qiáng)度和硬度較鋼鐵材料差距較大，而且在自然界含量較少，因此，隨著科技和工業(yè)的進(jìn)步，對(duì)銅及銅合金的力學(xué)性能提出了更高的要求。因此，開發(fā)具有高的強(qiáng)度，同時(shí)又具有優(yōu)良的塑性加工性能的銅合金十分必要。
[0003]通常采用晶粒細(xì)化法、合金化以及復(fù)合材料法實(shí)現(xiàn)提高銅合金的力學(xué)性能。晶粒細(xì)化法可有效提高銅合金的力學(xué)性能，但是該工藝目前還不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，無法規(guī)?；a(chǎn)。采用合金化也可提高銅合金的力學(xué)性能，但是添加了大量貴金屬元素，造成銅合金生產(chǎn)成本居高不下。因此，采用顆粒增強(qiáng)，尤其是近年來出現(xiàn)的晶須增強(qiáng)、增韌的方法可有效獲得高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料。
[0004]基于上述目的，采用在銅基復(fù)合材料體粉末中原位生成納米碳化硼-碳化硅晶須晶須來增韌銅基合金材料的方法。本發(fā)明的高強(qiáng)度銅基合金基體材料的化學(xué)成分及重量百分比為Cu: 99.99%。然后在基體銅基合金材料粉末中添加碳化硼-碳化硅晶須粉末，最終通過原位法制備高強(qiáng)度、高韌性的銅基合金材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利的目的是:在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種加工工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低廉、無污染排放、可在常規(guī)條件下組織生產(chǎn)的碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料，較傳統(tǒng)的銅基合金材料具有更好的強(qiáng)度、硬度，較常規(guī)銅基合金材料的韌性大幅提升。
[0006]本發(fā)明提供了一種原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料，其特征在于:該材料沿?cái)D壓流線形成定向排列的碳化硼-碳化硅晶須和高強(qiáng)度銅基合金基體材料組成，晶須直徑為300-800nm，原位增強(qiáng)相的體積總量在0.05-0.10。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案:原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料粉末由高強(qiáng)度銅基合金基體材料粉末和碳化硼-碳化硅晶須粉末組成，然后采用機(jī)械混合法使高強(qiáng)度銅基合金基體粉末與碳化硼-碳化硅晶須粉末均勻混合，混合粉末冷壓實(shí)后在10—6托真空條件下逐步加熱除氣，然后在450-600 °C，50-200Mpa條件下真空燒結(jié)1-10小時(shí)，熱壓錠400-500°C通過帶背壓的模具通道拐角為100°的等通道側(cè)向擠壓(ECAP)變形。測(cè)試表明所獲得的原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料具有高強(qiáng)韌性。
[0008]方案所需材料按如下具體步驟制備:
(I)碳化硼-碳化硅晶須的制備: 原位生成碳化硼-碳化硅晶須粉末的制備工藝為:碳化硼-碳化硅晶須前驅(qū)體材料化學(xué)成分為:聚四氯乙烯，B2O3, Si，C，Mn，NaCl，其重量配比為:(45.4?48.2):(45.4?48.2):(45.6?50.8):(45.6?50.8): (0.1?0.9):(1.0?8.1)。將按比例配制的能夠生成碳化硼-碳化硅晶須的先驅(qū)體復(fù)合粉末加無水乙醇于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化球磨24小時(shí)，獲得具有200-800nm晶粒尺寸超細(xì)先驅(qū)體復(fù)合粉末，將粉末裝入石墨容器中，在氬氣氣氛保護(hù)和1450°C-1600°C的溫度條件下，保溫120min-240min合成。
[0009]2B203+7C=(加熱)B4C+6C0Si+C=(加熱)SiC
(2 )高強(qiáng)度銅基合金基體材料粉末制備:
本發(fā)明的高強(qiáng)度銅基合金基體材料的化學(xué)成分及重量百分比為Cu:99.99%，夾雜元素總量不大于0.01 %。將高強(qiáng)度銅基合金粉末加無水乙醇于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化球磨24小時(shí)，獲得具有50-150μπι晶粒尺寸超細(xì)粉末。
[0010]本發(fā)明為獲得最佳的綜合力學(xué)性能和學(xué)腐蝕性能，嚴(yán)格控制雜質(zhì)的含量:Cu的純凈度大于等于99.99% ;夾雜元素總量不大于0.01%。
[0011](3)碳化硼-碳化硅晶須與高強(qiáng)度銅基合金基體材料混合粉末:
碳化硼-碳化硅晶須粉末在高強(qiáng)度銅基合金材料中的重量含量為5-10%，將碳化硼-碳化硅晶須與高強(qiáng)度銅基合金基體材料按重量百分比為(5-10):(95-90)的比例配制為碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料粉末。
[0012]該原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料無需專用設(shè)備，在常規(guī)銅合金廠即可組織生產(chǎn)，本發(fā)明投資少，見效快，能快速收回投資成本。
[0013]與現(xiàn)有鑄造高強(qiáng)度銅基合金技術(shù)相比，原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)具有強(qiáng)韌性、耐磨性、強(qiáng)度顯著提高，間隔2小時(shí)擠壓試樣的力學(xué)性能差小于6%，這將有利于大批量、小尺寸□腔材料的穩(wěn)定生產(chǎn)。增強(qiáng)顆粒尺寸細(xì)小，分布均勾，組織穩(wěn)定性高，與在高強(qiáng)度銅基合金基體結(jié)合良好。材料的室溫韌性、硬度和耐磨性能顯著提高，尤其適合于尚速鐵路尚強(qiáng)度電纜、尚端裝備制造業(yè)等。
[0014](2)合金組織穩(wěn)定性好，不會(huì)分解有毒氣體或有毒溶解物，本發(fā)明因增強(qiáng)顆粒是與高強(qiáng)度銅基合金顆粒在真空中原位反應(yīng)生成，生產(chǎn)的工藝穩(wěn)定性高。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面給出本發(fā)明的最佳實(shí)施例:按高強(qiáng)度銅基合金基體材料的化學(xué)成分及重量百分比為:Cu:99.99%，夾雜元素總量不大于0.01 %。將按比例配制的高強(qiáng)度銅基合金粉末加無水乙醇于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化球磨24小時(shí)，獲得具有50-150μηι晶粒尺寸超細(xì)粉末。將碳化硼-碳化硅晶須前驅(qū)體材料化學(xué)成分為:聚四氯乙烯，8203，5丨，^11，他(:1，其重量配比為:(45.4?48.2):(45.4?48.2):(45.6?50.8):(45.6?50.8):(0.1?0.9):(1.0?8.1)。將按比例配制的能夠生成碳化硼-碳化硅晶須的先驅(qū)體復(fù)合粉末加無水乙醇于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化球磨24小時(shí)，獲得具有200-800nm晶粒尺寸超細(xì)先驅(qū)體復(fù)合粉末。將碳化硼-碳化娃晶須與高強(qiáng)度銅基合金基體材料按重量百分比為8:92的比例配制為碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料粉末。然后采用機(jī)械混合法使高強(qiáng)度銅基合金基體粉末與碳化硼-碳化硅晶須粉末均勻混合，混合粉末冷壓實(shí)后在10—6托真空條件下逐步加熱除氣，然后在550°C，150Mpa條件下真空燒結(jié)2小時(shí)，熱壓錠在450°C通過模具通道拐角為120°的等通道彎角擠壓(ECAP)變形。然后進(jìn)行T6處理，并進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試表明所獲得的原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料具有高強(qiáng)韌性。該工藝下可獲得高強(qiáng)度中等塑性高強(qiáng)度銅基合金(抗拉強(qiáng)度為453MPa，屈服強(qiáng)度為417MPa，延伸率為39% )。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是由高強(qiáng)度銅基合金基體材料粉末和納米碳化硼-碳化硅晶須粉末組成，然后采用機(jī)械混合法使高強(qiáng)度銅基合金基體粉末與納米碳化硼-碳化硅晶須粉末均勻混合，真空燒結(jié)熱壓錠通過帶背壓的等通道側(cè)向擠壓變形獲得原位生成納米碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基合金材料； (a)高強(qiáng)度銅基合金基體材料的化學(xué)成分及重量百分比為Cu:99.99%，夾雜元素總量不大于0.01%; (b)碳化硼-碳化硅晶須前驅(qū)體材料化學(xué)成分為:聚四氯乙烯，B203，Si，C，Mn，NaCl，其重量配比為:(45.4?48.2):(45.4?48.2):(45.6?50.8):(45.6?50.8):(0.1 ?0.9):(1.0?8.1)0
【文檔編號(hào)】C22C49/14GK106011700SQ201610473934
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】徐淑波, 廖雪, 聞萍, 李勝鵬
【申請(qǐng)人】山東建筑大學(xué)