[发明专利]一种高强高硬Cu-Cr复合材料及其制备方法和应用

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，特别涉及一种高强高硬Cu-Cr复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

金属基复合材料由于相比相应金属基体材料，具有较高的力学性能同时保持一定的塑性，能够作为结构材料广泛应用于摩擦磨损、塑性成形加工及其它结构领域。近年来，研究人员在添加强化相制备金属基复合材料以提高金属材料力学性能方面展开了大量的研究。其中，所添加的增强相包括单质材料、碳化物、氧化物、硼化物以及不同种类强化相的混合物，所采用的制备方法有粉末冶金、挤压铸造、快速凝固、电弧熔炼、液态金属浸渗以及激光加工等。

为了获得较高的力学性能，在制备金属基复合材料时，通常要采取一些措施，例如加入纳米尺度的增强相(尺寸小于100nm)，以及添加较高含量的增强相(体积分数大于10％)(ChaS.I.,KimK.T.,ArshadS.N.,MoC.B.,HongS.H.,Advanced Materials,2005,17(11),1377-1381.)(DaoushW.M.,LimB.K.,MoC.B.,NamD.H.,HongS.H.,Materials Science and Engineering:A,2009,513-514,247-253.)。纳米增强相具有较高的强化效率，但其制备成本高，不利于大规模工业生产。而添加较高含量的增强相在提高生产成本的同时，也会恶化材料的塑性及其他物理性能。因而选用经济实用的原材料、添加较少量的增强相同时利用简单高效的方法制备力学性能优良并能大规模生产和有效应用到实际生活中的金属基复合材料，是本发明旨在解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高强高硬Cu-Cr复合材料的制备方法，该制备方法过程易于实现，适于工业化规模生产。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的高强高硬Cu-Cr复合材料。所得的Cu-Cr复合材料具有优异的力学性能，同时保持较高的塑性。

本发明再一目的在于提供上述高强高硬Cu-Cr复合材料在结构领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高强高硬Cu-Cr复合材料的制备方法，包括以下步骤：Cu粉和Cr粉作为原材料，将其中一种原材料置于高能行星式球磨机内进行预球磨处理，再加入另一种原材料和助磨剂进行混合球磨处理，球磨后粉体干燥后于放电等离子烧结炉内进行烧结致密化处理，得到高强高硬Cu-Cr复合材料。

所述原材料中，Cr的含量为总量原子百分数的8～10％，优选为8at.％。本发明中只需添加低至8at.％的Cr作为增强相，即可获得高强高硬的力学性能优异的复合材料，且由于添加的增强相含量低，又可保持复合材料良好的韧性，使得到的复合材料能更广泛地适用于众多领域。

所述的助磨剂优选为无水乙醇。所用助磨剂的量为原材料质量的70～90％。

优选地，当选用Cu粉进行预球磨处理时，加入助磨剂一起球磨。优选加入Cu粉质量70～90％的助磨剂，更优选为80wt％，并于预球磨后进行干燥除去助磨剂后再进行后续处理。

所述预球磨处理的时间优选为15～25h。

所述混合球磨处理的时间优选为90～110h。

优选地，上述制备方法中球磨所用磨球的直径分别为15、10和6mm，对应质量比为1:3:1，球料比为10:1，球磨机转速为226rpm。所用的球磨罐和磨球优选为不锈钢材质。本发明所述预球磨处理和混合球磨处理的工艺参数相同如上所述。

优选地，所述烧结致密化处理的工艺条件为烧结压力为30～40MPa，烧结温度为650～800℃，保温时间为6～10min。

上述本发明制备方法过程中，所述的干燥均优选在真空干燥箱内50～60℃温度下干燥20～30h。

优选地，所述预球磨处理后的粉体可先进行上述干燥后再重新投入球磨机中与其他物料进行后续处理。

为了更好地实现本发明，所用原材料Cu粉和Cr粉的纯度均不小于99％，粉末粒度均不大于75μm。

为了更好地实现本发明，球磨过程优选均在惰性气体保护氛围下进行，更优选在氩气气氛保护下进行。

具体地，本发明的高强高硬Cu-Cr复合材料的制备方法，包括以下步骤：