[发明专利]一种高强韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于新型粉末冶金材料技术领域，具体公开了一种高强韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料及其制备方法。包括以下步骤：将球状Cu粉和CrCoNi粉分别球磨成片状后，通过湿磨工艺混合，再通过真空抽滤方式获得复合粉体生坯；将复合粉末生坯采用放电等离子烧结工艺进行烧结成型；将烧结后的复合材料采用热轧工艺进行后塑性变形，从而制备出高致密中熵CrCoNi合金增强Cu基层状复合材料。本发明基于CrCoNi中熵合金本征性能和层状结构的协同效应，所得复合材料不仅具有与纯Cu相当的塑韧性，并具有显著提高的强度，表现出优异的强塑性匹配度。

技术领域

本发明属于新型粉末冶金材料技术领域，特别涉及一种高强韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料及其制备方法。

背景技术

Cu具有优良的导热性和导电性，在电力、电气、兵器等领域应用广泛。但纯Cu的强度较低，限制了纯Cu在工业领域的直接应用。为了获得能满足应用需求的力学性能，在Cu基体中加入颗粒增强体是已被广泛采用的途径。迄今为止，多种陶瓷颗粒已被用作增强相，如Al₂O₃、SiC、TiB₂等。通过在Cu基体中加入陶瓷颗粒的确可以使所制备的Cu基复合材料强度和杨氏模量显著高于纯Cu，但其延展性和韧性会显著降低。这主要是有两个方面的原因。一方面，由于所应用的陶瓷颗粒不能被Cu基体润湿，陶瓷颗粒与Cu基体之间不能形成冶金结合界面，两者间的界面结合强度较低，在复合材料承载过程中，裂纹易在界面区域形核并快速扩展，引起材料过早断裂。另一方面，硬质、脆性陶瓷颗粒与Cu基体协调变形能力差，在界面处容易发生应力集中，导致界面开裂。因此，有必要开发全新的Cu基复合材料体系，克服现有陶瓷颗粒增强Cu基复合材料的上述不足，使Cu基复合材料同时具有高强度和高延展性。

近年来，高熵、中熵合金由于具有优异的强度、延伸率和高耐磨性而受到广泛关注，但把中熵合金CrCoNi作为增强相制备Cu基复合材料未见报道。若采用具有本征优异力学性能的CrCoNi作为增强相，不仅能够通过原子界面扩散形成冶金强结合界面，并且能够发挥中熵CrCoNi合金优异的协调变形能力，从而有望使材料获得良好的强韧性匹配。

此外，近年来类似于珍珠层状仿生材料因其独特的结构、性能特点引起了学者的极大关注。研究表明，交替排列形成的层压结构可产生更高的强度和断裂韧性。为了发挥高熵合金在提高复合材料力学性能潜在作用的同时进一步显著提高复合材料的强度和韧性匹配度，将中熵CrCoNi合金增强Cu基复合材料设计成层状结构是一种可行方案。但目前关于中熵CrCoNi合金增强Cu基层状复合材料的制备方法、微观结构与力学性能间的关系在工业及学术界仍是空白。

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韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法得到的高强韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高强韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)复合粉末制备：将球状Cu粉和CrCoNi粉分别球磨成片状后，通过湿磨工艺混合，再通过真空抽滤方式获得复合粉体生坯；

2)复合粉末烧结：将复合粉末生坯采用放电等离子烧结工艺进行烧结成型；

3)复合材料热轧成型：将烧结后的复合材料采用热轧工艺进行后塑性变形，从而制备出高致密中熵CrCoNi合金增强Cu基层状复合材料。

步骤1)中，所述CrCoNi粉和Cu粉的体积百分比含量为：Cu粉80～95vol％，CrCoNi粉5～20vol％；

步骤1)所述粉末球磨的工艺参数为：球磨机转速为300～500转/分钟，球磨时间为4～8h，球料比为10:1～20:1；球磨优选为在氩气保护气氛下进行。