[发明专利]一种自蔓延合成TiB2颗粒增强铜基表面复合材料的制备方法及一种复合铜铸件

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，特别提供了一种自蔓延合成TiB₂颗粒增强铜基表面复合材料的制备方法。 

背景技术

颗粒增强铜基复合材料具有比铜合金更好的综合性能，在颗粒增强铜基复合材料中，细小的颗粒具有承载作用，可减小摩擦副刮擦引起的亚表层塑性变形；同时高温稳定性良好的颗粒的加入可保持复合材料较高的高温强度，因而减缓了磨损表面材料的软化，降低了铜基体与摩擦副的粘着倾向。从而显著提高铜合金的耐磨性 

二硼化钛具有一系列独特的物理化学性能,诸如高温硬度极高、密度和电阻率很低、传导率好、与金属的粘着性和摩擦系数很低、抗氧化性很高等,因而被认为是理想的硬质合金增强相。

自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，SHS)是基于放热化学反应的基本原理，利用外部热量诱发局部化学反应，形成化学反应前沿燃烧波，此后化学反应在自身放热的支持下继续进行，最后合成所需的新材料。自蔓延合成TiB₂颗粒具有工艺简单、节能、高效、产品纯度高以及与金属基体相容性好等优点。 

目前有关自蔓延合成二硼化钛颗粒增强铜基表面复合材料的研究在国内外鲜有报道。中国申请号为200710118212.X的发明专利公开了一种自蔓延高温合成TiCo多孔材料的方法，属于粉末冶金－自蔓延高温合成技术领域。该发明是以钛粉和钻粉为原料，混合均匀后采用粉末压制的方法制备胚体，将胚体一端与点火装置的W丝相连接，放入真空反应合成器中，在一定真空度时开始升温，达到预热的温度后启动点火装置，即发生自蔓延高温合成反应，得到自蔓延高温合成样品。然而，这种TiCo复合材料不具有良好的高温耐磨性，无法在高温环境下使用。 

中国申请号为200910071236.3的发明专利公开了一种自蔓延反应合成Ti-Al-Sn粉体材料的方法。它以Ti粉、Al粉、Sn粉为原料，使用行星球磨机使其混合均匀，然后放入干燥箱中干燥，将干燥号的粉末放入钢制模具中，用钨丝通入电流引燃合成Ti-Al-Sn粉体材料。然而这种粉体材料不具有复合材料的优良力学性能，并且工艺较为复杂。并且过程中需要用钨丝点燃，具有一定的危险性，不适合大规模生产。 

总体来说，现有的一些自蔓延法得到的材料都无法具有优良的综合性能，高温耐磨性差，且工艺复杂，安全系数低。 

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种铜铸件表面上自蔓延合成二硼化钛颗粒增强铜基复合材料的制备技术，以解决铜基复合材料高温性能差等问题，使得制备的颗粒增强铜基表面复合材料具有优异的综合性能，显著提高复合铜铸件的高温耐磨损性能，同时也可以适当的添加其他金属体，在使用时达到更好的效果。 

为了实现上述目的，本发明提供一种真空消失模铸造工艺与SHS合成技术，其工艺过程是：制备SHS粉料→制备粉料膏剂→负载粉料膏剂→表面处理→浇注→后处理。 

具体制备工艺步骤如下： 

（1）    将氧化硼粉等粉末混合，得到SHS粉料。

（2）    在步骤（1）中的SHS粉料中加入粘结剂，制成粉料膏剂。 

（3）    将步骤（2）中的粉料膏剂涂覆在模型表面上并干燥。 

（4）    将步骤（3）中的模型上涂防粘砂涂料，并干燥。 

（5）    在步骤（4）的模型上浇注铜金属液，高温引发自蔓延合成反应，得到表面自蔓延合成二硼化钛颗粒增强铜基复合材料。 

（6）    将步骤（5）得到的复合材料进行后处理，得到复合铜铸件。 

如上所述的自蔓延合成二硼化钛颗粒增强铜基复合材料的方法，优选的是，步骤（1）中所述的SHS粉料中，除了添加氧化硼粉末之外，还混合了其他金属粉末。 

如上所述的自蔓延合成二硼化钛颗粒增强铜基复合材料的方法，优选的是，其他粉末为金属钛粉、铝粉、铜粉、锰粉、钴粉、钡粉等金属粉末中的一种或几种。 

如上所述的自蔓延合成二硼化钛颗粒增强铜基复合材料的方法，优选的是，步骤（1）所述的SHS粉料中还可以添加非金属粉末。

如上所述的自蔓延合成二硼化钛颗粒增强铜基复合材料的方法，优选的是，非金属粉末为硼砂、炭粉、二氧化钛等非金属粉末中的一种或几种。