[发明专利]一种Cu-Ni-Sn-TiCx铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种Cu‑Ni‑Sn‑TiCx铜基复合材料及其制备方法，涉及铜基复合材料技术领域，包括0.5～6.3wt％TiCx的增强体颗粒和基体铜合金，所述基体铜合金组成的质量比为：4.0～15.5wt％Ni、2.5～8.5wt％Sn、Fe≤0.3wt％、Zn≤0.2wt％、Mn≤0.15wt％、Nb≤0.08wt％、Pb≤0.02wt％，杂质总含量≤0.5wt％，余量为Cu；所述制备方法：1.将配比好的Ti₂SnC和Ti₃SnC₂粉体经过超声波清洗经晾干，与铜粉共同放入球磨罐球磨后获得混合均匀的铜粉体材料；2.将铜粉体材料经过冷压—SPS烧结—高温保温处理制备中间体材料；3.将纯铜、纯镍在真空炉中进行感应熔炼，熔化后按配比加入纯锡和中间体材料，浇铸制备TiCx/Cu‑Ni‑Sn复合材料铸锭坯料；4.对铸锭坯进行高温长时间均匀化处理，通过固溶时效处理调整强度、韧性、摩擦磨损、抗应力松弛和导电导热性能等性能。

技术领域

本发明涉及铜基复合材料技术领域，尤其涉一种Cu-Ni-Sn-TiCx铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

粉末冶金制备的材料具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，陶瓷颗粒增强金属基复合材料因具有良好的性能而应用广泛，但是陶瓷颗粒与金属熔体之间显著的物理化学性质差异导致了两者之间较差的润湿性，造成了铸造法制备组织性能均匀的金属基复合材料的极大困难，因此，本发明提出一种Cu-Ni-Sn-TiCx铜基复合材料及其制备方法。

发明说明

针对上述问题，本发明提出了一种强度高、韧性高、抗应力松弛和高耐磨性的铜基复合材料及其制备方法，所述复合材料按质量比由0.5～6.3wt％TiCx和基体铜合金组成，即一种Cu-Ni-Sn-TiCx铜基复合材料及其制备方法。

本发明可通过以下方案来实现：

一种Cu-Ni-Sn-TiCx铜基复合材料，含有如下质量比的成分：0.5～6.3wt％TiCx、4.0～15.5wt％Ni、2.5～8.5wt％Sn、Fe≤0.3wt％、Zn≤0.2wt％、Mn≤0.15wt％、Nb≤0.08wt％、Pb≤0.02wt％，杂质总含量≤0.5wt％，余量为Cu。

进一步优化，所述基体铜合金含有如下质量比的成分3wt％TiCx，10wt％Ni、7wt％Sn、Fe≤0.2wt％、Zn≤0.15wt％、Mn≤0.10wt％、Nb≤0.08wt％、Pb≤0.02wt％、杂质≤0.4wt％、余量为Cu。

进一步优化，包括以下步骤：

步骤一：

将配好比例的Ti₂SnC和Ti₃SnC₂粉体经过超声波清洗经晾干后，与铜粉共同放入真空球磨罐中，用真空泵抽真空至1×10^-2帕后通入氩气，通过球磨获得混合均匀的粉体材料；

步骤二：

将步骤一所得混合均匀的粉体材料经过冷压—SPS烧结—高温保温处理，获得非计量比TiCx/Cu-Sn中间体材料；

步骤三：

将纯铜、纯镍按配比置于真空感应熔炼炉中，充分熔化后按配比加入纯锡和TiCx/Cu-Sn中间体材料，加大功率升高温度保温一段时间后，然后降温浇铸制备TiCx/Cu-Ni-Sn复合材料铸锭坯料；

步骤四：