[发明专利]一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法，属于梯度复合材料技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤：将铜包石墨复合粉末与铜粉混合，得到铜包石墨改性铜基复合粉料；将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上，经干燥后去除基体，即得到铜包石墨改性铜基梯度复合材料。本发明的制备方法制得的铜包石墨改性铜基梯度复合材料中石墨和铜之间具有良好的界面结合作用。由于界面结合良好，使得材料的室温电导率大于85％IACS。本发明提供的铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法简单，成本低，可操作性强，反应条件温和，适宜规模化生产，能够减少设备的投入。

技术领域

本发明涉及梯度复合材料技术领域，尤其涉及一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法。

背景技术

铜及铜合金由于具有良好的导电导热性能、较强的延展性能、抗腐蚀性和易于成型等优点，已广泛应用于航空航天、机械工业、能源化工、电气电子等领域。然而铜及其合金在力学性能方面却存在不足之处，通过引入传统的颗粒或纤维增强体，虽然提高了铜基复合材料力学性能，但是其带来的导电和导热性能的降低使铜基复合材料的应用范围受到了限制。

金属碳石墨材料显著地提高了材料机械强度与耐磨性、降低了气孔率、增强了应用时的单位负荷、改善了导热与导电性能等，在一些技术参数要求较高的机械用碳方面得到广泛应用。石墨性质稳定，通常不与铜基体发生反应，是铜基复合材料理想的增强体。若能成功将石墨作为增强体引入铜基复合材料中，能在提高材料力学性能的同时具有优异的导电和导热性能。

结构在服役过程中，不同区域受到的静力、动力、热等往往存在较大区别，因此在设计中，不同区域的材料性能需求也相应有所不同，如有的区域需要高强韧性，有的区域需要高模量，有的区域需要高导热。而在同一个结构内部，单一成分材料无法具备满足大范围的性能改变，需要把两种或两种以上的材料通过梯度区连接为一体。

目前，梯度材料的制备通常通过焊接或增材制造等方式实现，采用焊接方式制造的梯度材料，在焊缝区两边材料的性能表现为不连续的阶跃变化，而且焊缝的材料成分难以控制。采用增材制造方法制造梯度材料，增材制造技术的种类众多，如有激光选区熔化成形、电子束选区熔化成形、激光金属沉积成形及熔丝增材制造成形等，这些增材制造方法均存在过高的热输入问题，不可避免地会影响涂层与基体性能。

冷喷涂增材制造技术不需要高温热源来加热熔化喷涂材料，冷喷涂过程中材料的温度远低于其熔点，喷涂颗粒在碰撞基体前处于固态，对基体热影响较小，在整个喷涂过程中，材料发生氧化、相变、晶粒长大的程度低，喷涂材料的成分与组织结构能够保留到涂层中。

因此，如何利用冷喷涂技术制备高性能的梯度材料，以提高梯度材料的界面结合性能，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法，以解决金属与石墨材料的复合材料在制备梯度材料时引起的界面结合性能差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将铜包石墨复合粉末与铜粉混合，得到铜包石墨改性铜基复合粉料；

将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上，去除基体后，即得到铜包石墨改性铜基梯度复合材料；

所述铜包石墨改性铜基复合粉料中石墨的含量为1～15％。

进一步的，将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上具体为：将石墨含量为1～5％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为6～10％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为11～15％的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次冷喷涂到基体上或其中的两种粉料顺次冷喷涂到基体上。