[发明专利]一种高温高强高导高耐磨铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高温高强高导高耐磨铜基复合材料及其制备方法。该高温高强高导高耐磨铜基复合材料的制备方法包括以下步骤：以铜基电极为自耗电极，采用真空自耗电弧熔炼法进行熔炼、铸锭，即得；所述铜基电极包括铜基体和分散在铜基体中的纳米级陶瓷颗粒和微米级增强颗粒；纳米级陶瓷颗粒增强铜基体的强度，纳米级陶瓷颗粒的添加量为铜基体的0.1‑1.5wt％；微米级增强颗粒增强铜基体的耐磨性，微米级增强颗粒的添加量为复合材料的0.5‑20wt％。该制备方法使纳米级陶瓷颗粒与铜基体的界面结合性得以有效改善，保证了纳米级陶瓷颗粒对基体强度和硬度的增强效果，提高了复合材料的塑性和韧性。

技术领域

本发明属于有色金属合金领域，具体涉及一种高温高强高导高耐磨铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

铜和铜基复合材料具有良好的导电性能和良好的机械性能，但纯铜的强度低，限制了其应用，为了提高铜基材料的强度，往往通过形变或固溶-时效来增加铜基材料的强度，但纯铜和析出型强化铜合金(Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Ni-Si等)的工作温度一般不超过550℃。在工作温度大于550℃时，该类铜合金会出现强度、电导率大幅度下降的问题。颗粒增强常以陶瓷颗粒为增强相，陶瓷颗粒增强铜合金不会出现在高温下增强相固溶或团聚增大的现象，因而在高温下也表现出良好的强度和电导率。

单一陶瓷颗粒增强相由于材料本身的限制，只能依靠提高增强相的含量来提高力学性能，但该方式会牺牲导电性能，往往难以兼顾强度、耐磨性和导电性等性能。采用不同尺度的增强相，可在一定程度上解决以上难题。

例如，采用Cu-Al₂O₃作为基体材料，在基体中引入大尺寸强化相(难熔金属、碳化物、氧化物、硼化物等)，可以在尽量保持不降低导电率的情况下，提高复合材料的强度和耐磨性。其中纳米Al₂O₃增强相可以增强铜基体的强度和硬度，而大尺寸强化相在摩擦磨损过程中起到耐磨相和支撑相的作用，可以保证铜基复合材料在高温工况下仍然保持高导高强高耐磨的性能。

冯江等进行了Al₂O₃/Cu-WC复合材料的制备和性能研究(Al₂O₃/Cu-WC复合材料载流磨损性能研究，金属热处理，2012年03期)，其是采用真空热压烧结-内氧化一体化的制备工艺将体积分数为10％WC和一定比例的Cu-0.58％Al(质量分数)和Cu₂O均匀混合后，在30MPa压力下经950℃×2h烧结而成。该复合材料在制备过程中，纳米Al₂O₃增强相属于颗粒增强相，其与铜基体(金属相)的界面结合效果较差，导致复合材料的塑韧性较差，这不仅不利于复合材料的后加工，而且也会直接导致Al₂O₃、WC等增强颗粒的增强效果下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温高强高导高耐磨铜基复合材料的制备方法，以解决现有方法制备的复合材料中，微纳米颗粒增强相与铜基体的界面结合性差的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种高温高强高导高耐磨铜基复合材料，以解决现有铜基复合材料的导电性、强度、耐磨性等综合性能较差的问题。

为实现上述目的，本发明的高温高强高导高耐磨铜基复合材料的制备方法所采用的技术方案是：

一种高温高强高导高耐磨铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

以铜基电极为自耗电极，采用真空自耗电弧熔炼法进行熔炼、铸锭，即得；

所述铜基电极包括铜基体和分散在铜基体中的纳米级陶瓷颗粒和微米级增强颗粒；纳米级陶瓷颗粒增强铜基体的强度，纳米级陶瓷颗粒的添加量为铜基体的0.1-1.5wt％；微米级增强颗粒增强铜基体的耐磨性，微米级增强颗粒的添加量为复合材料的0.5-20wt％。