CN108034851A - 一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108034851A
CN108034851A CN201711397490.3A CN201711397490A CN108034851A CN 108034851 A CN108034851 A CN 108034851A CN 201711397490 A CN201711397490 A CN 201711397490A CN 108034851 A CN108034851 A CN 108034851A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tic
base composites
preparation
enhancing
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711397490.3A
Other languages
English (en)
Inventor
罗平
董仕节
汤臣
张艳华
蓝彬栩
陈晨
王义金
胡东伟
夏露
肖瑶
李智
覃富城
王冲
杨祺
邓宇鑫
张海
张海一
晁飞扬
王书文
徐小涵
张佳琪
陈岗
方泽成
邵轩宇
夏宇欣
左雨菲
丁文祥
易少杰
陈成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei University of Technology
Original Assignee
Hubei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei University of Technology filed Critical Hubei University of Technology
Priority to CN201711397490.3A priority Critical patent/CN108034851A/zh
Publication of CN108034851A publication Critical patent/CN108034851A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
    • C22C1/053—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor with in situ formation of hard compounds
    • C22C1/055—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor with in situ formation of hard compounds using carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
    • B22F3/1007—Atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/17—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/041—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by mechanical alloying, e.g. blending, milling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供了一种原位合成TiC增强铜基复合材料的制备方法，首先将钛粉和碳粉进行球磨，得到TiC前驱体；在TiC前驱体表面镀镍，得到镍包覆TiC前驱体粉末；然后将镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物；将得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和煅压处理，得到原位合成TiC增强铜基复合材料。本发明提供的方法有效地改善了TiC增强相与铜基体之间的润湿性，而且本发明避免了杂质相Ti‑Cu、Cu‑C的产生，有效提高了TiC铜基复合材料的硬度和耐磨性能。本发明还提供了上述制备方法得到的原位合成TiC增强铜基复合材料，及其作为点焊电极材料的应用。

Description

一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，主要涉及一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
电阻点焊是目前车身生产的主要方式。据统计，点焊一点的成本是5美分，生产一辆客车要焊3000点，成本是150美元，其成本的1/2-3/4出自点焊电极的使用和损耗上。在轿车车身装配线上一辆轿车需要焊接7000-12000点。点焊过程中，点焊电极要反复承受机械力和热的作用，不可避免会发生塑性变形。而电极硬度低和耐磨性差会导致塑性变形严重，电极塑性变形的直接结果会导致焊接过程中电流密度降低，进而使焊接过程中产生的焦耳热减少，最终影响焊点质量。可见如果能采取一些行之有效的措施提高电极的硬度和耐磨性能，将会减弱电极的塑性变形性，从而延长电极的使用寿命。
目前，常用的电极材料有铜基复合材料，多使用弥散强化的方法来增强铜基复合材料的硬度和耐磨性。但是弥散强化方法存在的缺点是：增强相与基体合金之间存在润湿性差的问题，增大了复合材料产生内裂纹的机率，从而影响复合材料的硬度和耐磨性。而且，弥散相与基体合金在一起球磨的过程中，容易产生杂质相，同样会影响复合材料的硬度和耐磨性。例如，以Ti、C、Cu为原料，制备TiC增强铜基复合材料时，由于原料Ti、C、Cu粉是一起进行球磨，球磨过程中就很难避免Ti-Cu、Cu-C杂质相的产生，从而影响复合材料的硬度和耐磨性。
发明内容
为了克服上述技术问题，提高铜基复合材料的硬度和耐磨性，本发明提供了一种原位合成TiC增强铜基复合材料的制备方法。
本发明提供了一种原位合成TiC增强铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将钛粉和碳粉进行球磨，得到TiC前驱体；
(2)在所述步骤(1)TiC前驱体表面镀镍，得到镍包覆TiC前驱体粉末；
(3)将所述步骤(2)得到的镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物；
(4)将所述步骤(3)得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和锻压处理，得到原位合成TiC增强铜基复合材料。
优选的，所述步骤(1)中钛粉的粒径为100～200目；碳粉的粒径为200～400目；
所述球磨的转速为300～500转/分，所述球磨的球料比为10～30:1，所述球磨在惰性气氛下进行。
优选的，所述步骤(2)中镀镍的方法包括：
将化学镀镍溶液与所述TiC前驱体在搅拌条件下进行混合，得到混合料液；所述混合的时间以混合料液中搅拌无气泡产生为准；
所述化学镀镍溶液的pH值为9～10；所述混合的温度为40～50℃；
将所述得到的混合料液依次经过滤、洗涤和干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末。
优选的，所述步骤(3)中镍包覆TiC前驱体粉末与纯铜粉的质量比为0.5～2:48～50。
优选的，所述步骤(4)中的干燥为真空干燥，所述干燥的温度为80～100℃，干燥的压力为0.01～0.1MPa，干燥的时间为12～24h。
优选的，所述步骤(4)中冷压成型的温度为20～30℃；
所述冷压成型的压制方式为双向施压，所述双向施压的总压力为200～500MPa；所述冷压成型的保压时间为1～3min。
优选的，所述步骤(4)中烧结在惰性气氛下进行，所述烧结的温度为800～950℃；所述烧结的时间为10～30min。
优选的，所述步骤(4)中锻压处理的温度为500～550℃，所述锻压处理的次数为5～10次；所述锻压处理的单次形变量独立地在30％以下。
本发明还提供了由上述制备方法制备得到的原位合成TiC增强铜基复合材料，包括铜基体、原位合成的TiC增强相和包裹在TiC增强相表面的Ni润湿相，表面包裹Ni润湿相的TiC增强相分散于铜基体的内部和表面。
本发明还提供了由上述制备方法制备得到的原位合成TiC增强铜基复合材料作为点焊电极材料的应用。
本发明提供了一种原位合成TiC增强铜基复合材料的制备方法，首先将钛粉和碳粉进行球磨，得到TiC前驱体；在TiC前驱体表面镀镍，得到镍包覆TiC前驱体粉末；然后将镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物；将得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和煅压处理，得到原位合成TiC增强铜基复合材料。本发明提供的方法通过在TiC前驱体表面镀镍，然后再与铜基体结合，使镍层直接与铜基体接触，避免了TiC前驱体与铜基体接触时导致的润湿性差的问题，有效地改善了TiC增强相与铜基体之间的润湿性，降低复合材料产生内裂纹的机率，从而提高了复合材料的硬度和耐磨性；而且本发明通过先原位合成TiC前驱体，再合成TiC增强铜基复合材料，避免了杂质相Ti-Cu、Cu-C的产生，进一步提高了TiC铜基复合材料的硬度和耐磨性。实施例的结果表明，本发明所述方法制备得到的TiC铜基复合材料的硬度均高于265HV，电极寿命均可高达2650点。
附图说明
图1为本发明对比例1制备得到的铜材料的金相照片；
图2为本发明对比例1～3和实施例1～5制备的点焊电极的结构示意图；
图3为本发明对比例2制备得到的铜基复合材料的金相照片；
图4为本发明对比例3制备得到的铜基复合材料的金相照片；
图5为本发明实施例1制备得到的铜基复合材料的金相照片；
图6为本发明实施例2制备得到的铜基复合材料的金相照片；
图7为本发明实施例3制备得到的铜基复合材料的金相照片；
图8为本发明实施例4制备得到的铜基复合材料的金相照片；
图9为本发明实施例5制备得到的铜基复合材料的金相照片；
图10为本发明对比例1～3和实施例1～5制备的电焊电极的电极寿命统计图。
具体实施方式
本发明提供的原位合成TiC增强铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将钛粉和碳粉进行球磨，得到TiC前驱体；
(2)在TiC前驱体表面镀镍，得到镍包覆TiC前驱体粉末；
(3)将所述步骤(2)得到的镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物；
(4)将所述步骤(3)得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和锻压处理，得到原位合成TiC增强铜基复合材料。
本发明将钛粉和碳粉进行球磨，得到TiC前驱体。在本发明中，所述钛粉的粒径优选为100～200目，进一步优选为120～170目，更优选为140～170目；所述碳粉的粒径优选为200～400目，进一步优选为230～325目，更优选为270～325目。在本发明中，所述钛粉和碳粉的摩尔比优选为1:1。本发明所述钛粉和碳粉在机械球磨作用下，生成TiC前驱体。
在本发明中，所述TiC前驱体主要是一些由Ti、C元素组成的亚稳相钛碳化合物，由于其不稳定的物理性能，使得亚稳相的碳钛化合物可以在后续烧结过程中发生相变获得TiC增强相，这为原位合成TiC增强铜基复合材料提供了可能。
在本发明中，所述球磨优选在氩气气氛下进行；所述球磨的转速优选为300～500转/分，进一步优选为350～450转/分，更优选为380～420转/分。在本发明中，所述球磨的球料比优选为10～30:1，进一步优选为15～25:1，更优选为18～22:1。在本发明中，所述球磨用磨球与球罐的材质优选为氧化铝，所述磨球的直径优选为2～8mm，进一步优选为5mm。本发明使用氧化铝材质的磨球与球罐材料，避免了球磨过程中副产物的产生。
得到TiC前驱体后，本发明在所述TiC前驱体表面镀镍，得到镍包覆TiC前驱体粉末。
在本发明中，所述表面镀镍的方法优选包括：将化学镀镍溶液与所述TiC前驱体在搅拌条件下进行混合，得到混合料液；所述混合的时间以混合料液中搅拌无气泡产生为准；将所述得到的混合料液依次经过滤、洗涤和干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末。
本发明优选将化学镀镍溶液与所述TiC前驱体在搅拌条件下进行混合，得到混合料液。在本发明中，所述混合的时间优选以混合料液中搅拌无气泡产生为准。在本发明中，所述化学镀镍溶液的pH值优选为9～10，进一步优选为9～9.5。本发明对所述化学镀镍溶液的组分没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的满足pH值要求的化学镀镍溶液即可。
在本发明中，所述混合的温度优选为40～50℃，进一步优选为45～50℃。
本发明优选在搅拌条件下，将TiC前驱体加入到化学镀镍溶液中，以实现TiC前驱体与化学镀镍溶液的混合。本发明在混合过程中，实现了金属镍在TiC前驱体表面的涂覆。本发明对所述镍润湿相的具体用量不做任何特殊限定，以镍润湿相能够包覆TiC前驱体为准；本发明对所述镍润湿相的包覆厚度不做任何特殊限定。
得到混合料液后，本发明优选将所述得到的混合料液依次经过滤、洗涤和干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末。本发明对所述过滤的方式没有特别要求，采用本领域技术人员所熟知的过滤方式即可。在本发明中，所述洗涤的溶剂优选包括去离子水；本发明对所述洗涤的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的洗涤方式，以能实现将滤饼表面的化学镀镍溶液洗掉为准。在本发明中，所述干燥优选包括空气干燥；所述干燥优选以将滤饼表面的溶剂去掉为准。
本发明通过在TiC前驱体表面镀镍，使镍镀层直接与铜基体接触，而不是直接将TiC前驱体与铜基体接触，解决了TiC前驱体与铜基体之间润湿性差的问题，从而提高了铜基复合材料的硬度和耐磨性。
得到镍包覆TiC前驱体粉末后，本发明将所述得到的镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物。
在本发明中，所述纯铜粉的粒径优选为100～200目，进一步优选为120～170目，更优选为140～170目；所述纯铜粉的纯度≥99.9％。在本发明中，所述镍包覆TiC前驱体粉末与纯铜粉的质量比优选为(0.5～2):(48～50)，进一步优选为(1～2):(48.5～50)，更优选为(1.5～2):(49～50)。
在本发明中，所述湿法球磨的转速优选为100～200转/分，进一步优选为120～180转/分，更优选为150～180转/分；所述湿法球磨的时间优选为5～12h，进一步优选为6～10h，更优选为7～8h；所述湿法球磨的球料比优选为1～10:1，进一步优选为3～8:1，更优选为5～6:1；所述湿法球磨的磨球和球罐的材质优选为氧化铝，所述磨球直径优选为2～8mm，进一步优选为5mm。本发明使用氧化铝材质的磨球与球罐材料，避免了球磨过程中副产物的产生。在本发明中，所述湿法球磨的介质优选为无水乙醇；所述无水乙醇的用量优选以能完全渗没粉料和磨球为准。
本发明采用湿法球磨，实现镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉的均匀混合，得到包括镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉的混合物，避免了磨料之间的团聚，而且湿法球磨有利于磨料与磨球之间分离，无污染。
本发明通过先制备TiC前驱体，再将表面镀镍后的TiC前驱体与铜粉混合，得到原位合成TiC增强铜基复合材料，避免将钛粉、碳粉和铜粉一起球磨，产生金属间化合物Ti-Cu、Cu-C杂质相的问题。
得到混合物后，本发明将所得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和锻压处理，得到原位合成TiC增强铜基复合材料。
在本发明中，对包括镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉的混合物进行的干燥优选为真空干燥，所述干燥的压力优选为0.01～0.1MPa，进一步优选为0.05～0.1MPa，更优选为0.08～0.1MPa；所述干燥的温度优选为80～100℃，进一步优选为85～95℃，更优选为90～95℃；所述干燥的时间优选为12～24h，进一步优选为15～20h。本发明通过干燥处理，去除了所述混合物表面的溶剂。
在本发明中，所述冷压成型的压制方式优选为双向施压，所述双向施压的总压力优选为200～500MPa，进一步优选为250～450MPa，更优选为300～400MPa。在本发明中，所述冷压成型的温度优选为20～30℃，进一步优选为25～30℃；所述冷压成型的保压时间优选为1～3min，进一步优选为2～3min。在本发明中，所述冷压成型的压坯直径优选为35～45mm，进一步优选为40mm。
本发明通过冷压成型处理，使得镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉之间致密紧实，进而提高了最终制备得到的原位合成TiC增强铜基复合材料的致密度。本发明所述原位合成TiC增强铜基复合材料的相对密度达95％以上。
在本发明中，所述烧结优选在氩气气氛下进行，所述氩气的气体流量优选为1～3L/min，进一步优选为2～3L/min。在本发明中，所述烧结的温度优选为800～950℃，进一步优选为850～900℃；所述烧结的时间优选为10～30min，进一步优选为15～25min，更优选为20～25min。
本发明通过烧结处理，使TiC前驱体原位转变为TiC增强相，同时TiC增强相与铜粉在烧结过程中，TiC增强相均匀分布在铜基体内部，提高了所制备铜基复合材料的性能，使所制备的铜基复合材料具有更高的硬度和耐磨性。
本发明通过原位合成的方法制备TiC增强相，避免了采用直接加入TiC增强相导致的增强相与基体之间结合力差的问题，从而使得本发明提供的方法制备得到的TiC增强铜基复合材料具有较高的硬度和较好的耐磨性能。
在本发明中，所述锻压处理的温度优选为500～550℃，进一步优选为510～540℃，更优选为520～530℃；所述锻压处理的次数优选为5～10次，进一步优选为6～8次。本发明所述锻压处理过程中，单次形变量优选在30％以下，进一步优选为10％～30％，更优选为15％～25％。本发明通过锻压处理，提高了最终制备得到的原位合成TiC增强铜基复合材料的硬度。
本发明还提供了上述制备方法制备得到的原位合成TiC增强铜基复合材料，包括铜基体、原位合成的TiC增强相和包裹在TiC增强相表面的Ni润湿相，表面包裹Ni润湿相的TiC增强相分散于铜基体的内部和表面。
本发明提供的原位合成TiC增强铜基复合材料可以作为点焊电极材料使用。本发明提供的原位合成TiC增强铜基复合材料依次经过机加工和冷挤压处理后即可得到点焊电极用的铜基复合材料。
下面结合实施例对本发明提供的原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
对比例1
将粒度为200目的纯铜粉，通过双向施压，在350MPa压力下保压2min，压坯直径为40mm，压坯长径比为1：2。在流量为2L/min氩气环境下，在950℃将压坯进行烧结，保温时间30min。在控制单次形变量小于10％条件下，对烧结后的压坯在550℃进行反复锻压10次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％，得到铜基材料，处理后铜基材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为99.2％。
对制备的铜材料进行金相组织观察，结果如图1所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸的点焊电极。
对比例2
将粒度为200目的钛粉(Ti，纯度≥99.99)、粒度为200目的碳粉(C，纯度≥99.99)以及粒度为200目的纯铜粉进行机械球磨，钛粉与碳粉摩尔比为1:1，钛粉与碳粉占粉末总质量的1％，铜粉质量分数为99％。球磨工艺为转速400转/分、球磨时间为24小时、球料比为20:1，磨球与球罐材料为氧化铝，磨球直径为5mm，球磨过程在氩气保护环境下完成，氩气纯度大于99.9％。将球磨后的粉末通过双向施压，在500MPa压力下保压3分钟，压坯直径为40mm，压坯长径比为1：2。在流量为3升/分氩气环境下，在950℃将压坯进行烧结，保温时间30分钟。在控制单次形变量小于10％条件下，对烧结后的压坯在550℃进行反复锻压10次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％，得到原位合成TiC增强铜基复合材料，处理后原位合成TiC增强铜基复合材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为99.1％。
对制备的原位合成TiC增强铜基复合材料进行金相组织观察，结果如图3所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸的点焊电极。
对比例3
称取0.5g粒度为200目的碳化钛(TiC)，与49.5g纯铜粉在球磨转速200转/分、球磨时间10小时、球料比为10:1，无水乙醇浸泡环境下充分混匀，磨球与球罐材料为氧化铝，磨球直径为5mm。将球磨后的粉末在0.01MPa环境下，在95℃干燥时间24小时。将真空干燥后的粉末，通过双向施压，在500MPa下保温3分钟，压坯直径为40mm。成型后的压坯在氩气保护环境下烧结，氩气的气体流量为3升/分，烧结温度温度为950℃，烧结时间30分钟。在控制单次形变量小于10％条件下，对烧结后的压坯在550℃进行反复锻压10次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％，得到TiC增强铜基复合材料，处理后TiC增强铜基复合材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为99.2％。
对制备的TiC增强铜基复合材料进行金相组织观察，结果如图4所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸的点焊电极。
实施例1
称取总量10g的钛粉和碳粉的混合原料粉，其中钛粉与碳粉的摩尔比为1:1，粒度均为200目且纯度≥99.99，将混合原料粉球磨12h，控制球磨的转速350转/分、球料比为10:1，磨球与球罐材料均为氧化铝，磨球直径为5mm，球磨过程在纯度大于99.9％的氩气保护环境下完成，得到TiC前驱体。
将得到的TiC前驱体放入pH值为9的化学镀镍溶液中，在40℃温度下，通过磁力搅拌器搅拌溶液至无气泡产生，随后过滤并用去离子水洗涤至中性，置于空气中自然干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末备用。
取干燥后的镍包覆TiC前驱体粉末0.5g，与质量为49.5g粒度为200目的纯铜粉在球磨转速120转/分、球料比为2:1且无水乙醇介质中，球磨12小时得到混合物，并且磨球与球罐材料为氧化铝，磨球直径为5mm。
将球磨后的混合物在压力0.01MPa下，在90℃干燥时间12小时。将真空干燥后的混合物，通过双向施压，在20℃，300MPa下保温3分钟，压坯直径为40mm。
成型后的压坯在氩气保护环境下烧结10min，控制氩气气体流量2升/分，烧结温度800℃，得到压坯。
再控制单次形变量小于10％，对烧结后的压坯在500℃进行反复锻压5次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％。得到原位合成TiC增强铜基复合材料，处理后原位合成TiC增强铜基复合材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为98.2％，
对制备的原位合成TiC增强铜基复合材料进行金相组织观察，结果如图5所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸的点焊电极。
实施例2
称取总量10g的钛粉和碳粉的混合原料粉，其中钛粉与碳粉的摩尔比为1:1，粒度均为200目且纯度≥99.99，将混合原料进行球磨，球磨参数为转速400转/分、球磨时间为18小时、球料比为20:1，磨球与球罐材料均为氧化铝，磨球直径为5mm，球磨过程在氩气保护环境下完成，氩气纯度大于99.9％，得到TiC前驱体。
将球磨后的TiC前驱体放入pH值为9.5的化学镀镍溶液中，在40℃温度下，通过磁力搅拌器搅拌溶液至无气泡产生，随后过滤并用去离子水洗涤至中性，置于空气中自然干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末备用。
取干燥后的球磨粉末0.5g，与质量为49.5g粒度为200目的纯铜粉在球磨转速150转/分、球料比为5:1且无水乙醇介质中，球磨8小时得到混合物，并且磨球与球罐材料为氧化铝，磨球直径为5mm。
将球磨后的混合物在0.05MPa下，在95℃干燥时间18小时。将真空干燥后的混合物，通过双向施压，在25℃，400MPa下保温3分钟，压坯直径为40mm。
成型后的压坯在氩气保护环境下烧结，氩气的气体流量为3升/分，烧结温度为900℃，烧结时间20分钟，得到压坯。
在控制单次形变量小于20％条件下，对烧结后的压坯在500℃进行反复锻压10次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％，得到原位合成TiC增强铜基复合材料，处理后原位合成TiC增强铜基复合材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为98.6％。
对制备的原位合成TiC增强铜基复合材料进行金相组织观察，结果如图6所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸点焊电极。
实施列3
称取总量10g的钛粉和碳粉的混合原料粉，其中钛粉与碳粉的摩尔比为1:1，粒度均为200目且纯度≥99.99，将混合原料粉球磨24h，控制球磨的转速500转/分、球料比为30:1，磨球与球罐材料均为氧化铝，磨球直径为5mm，球磨过程在纯度大于99.9％的氩气保护环境下完成，得到TiC前驱体。
将得到的TiC前驱体放入pH值为9.5的化学镀镍溶液中，在50℃温度下，通过磁力搅拌器搅拌溶液至无气泡产生，随后过滤并用去离子水洗涤至中性，置于空气中自然干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末备用。
取干燥后的镍包覆TiC前驱体粉末0.5g，与质量为49.5g粒度为200目的纯铜粉在球磨转速200转/分、球料比为10:1且无水乙醇介质中，球磨10小时得到混合物，并且磨球与球罐材料为氧化铝，磨球直径为5mm。
将球磨后的混合物在0.06MPa下，在95℃干燥时间24小时。将真空干燥后的混合物，通过双向施压，在30℃，500MPa下保温3分钟，压坯直径为40mm。
成型后的压坯在氩气保护环境下烧结30min，控制氩气气体流量3升/分，烧结温度950℃，得到压坯。
再控制单次形变量小于30％，对烧结后的压坯在550℃进行反复锻压5次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％。得到原位合成TiC增强铜基复合材料，处理后原位合成TiC增强铜基复合材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为99.2％。
对制备的原位合成TiC增强铜基复合材料进行金相组织观察，结果如图7所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸的点焊电极。
实施例4
称取总量10g的钛粉和碳粉的混合原料粉，其中钛粉与碳粉的摩尔比为1:1，粒度均为200目且纯度≥99.99，将混合原料粉球磨24h，控制球磨的转速500转/分、球料比为30:1，磨球与球罐材料均为氧化铝，磨球直径为5mm，球磨过程在纯度大于99.9％的氩气保护环境下完成，得到TiC前驱体。
将得到的TiC前驱体放入pH值为9.5的化学镀镍溶液中，在50℃温度下，通过磁力搅拌器搅拌溶液至无气泡产生，随后过滤并用去离子水洗涤至中性，置于空气中自然干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末备用。
取干燥后的镍包覆TiC前驱体粉末1g，与质量为49g粒度为200目的纯铜粉在球磨转速200转/分、球料比为10:1且无水乙醇介质中，球磨10小时得到混合物，并且磨球与球罐材料为氧化铝，磨球直径为5mm。
将球磨后的混合物在0.1MPa环境下，在95℃干燥时间24小时。将真空干燥后的混合物，通过双向施压，在30℃，500MPa下保温3分钟，压坯直径为40mm。
成型后的压坯在氩气保护环境下烧结30min，控制氩气气体流量3升/分，烧结温度950℃，得到压坯。
再控制单次形变量小于10％，对烧结后的压坯在550℃进行反复锻压10次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％。得到原位合成TiC增强铜基复合材料，处理后原位合成TiC增强铜基复合材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为98.9％。
对制备的原位合成TiC增强铜基复合材料进行金相组织观察，结果如图8所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸的点焊电极。
实施例5
称取总量10g的钛粉和碳粉的混合原料粉，其中钛粉与碳粉的摩尔比为1:1，粒度均为200目且纯度≥99.99，将混合原料粉球磨24h，控制球磨的转速500转/分、球料比为30:1，磨球与球罐材料均为氧化铝，磨球直径为5mm，球磨过程在纯度大于99.9％的氩气保护环境下完成，得到TiC前驱体。
将得到的TiC前驱体放入pH值为9.5的化学镀镍溶液中，在50℃温度下，通过磁力搅拌器搅拌溶液至无气泡产生，随后过滤并用去离子水洗涤至中性，置于空气中自然干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末备用。
取干燥后的镍包覆TiC前驱体粉末1.5g，与质量为48.5g粒度为200目的纯铜粉在球磨转速200转/分、球料比为10:1且无水乙醇介质中，球磨10小时得到混合物，并且磨球与球罐材料为氧化铝，磨球直径为5mm。
将球磨后的混合物在0.1MPa环境下，在95℃干燥时间24小时。将真空干燥后的混合物，通过双向施压，在30℃，500MPa下保温3分钟，压坯直径为40mm。
成型后的压坯在氩气保护环境下烧结30min，控制氩气气体流量3升/分，烧结温度950℃，得到压坯。
再控制单次形变量小于10％，对烧结后的压坯在550℃进行反复锻压10次，最终直径方向形变量约为50％，长度方向形变量约为300％。得到原位合成TiC增强铜基复合材料，处理后原位合成TiC增强铜基复合材料的直径约为20mm，长度约为40mm，相对密度为97.6％。
对制备的原位合成TiC增强铜基复合材料进行金相组织观察，结果如图9所示。
将处理后的材料通过机加工及随后冷挤压工艺，加工成图2所示形状及尺寸的点焊电极。
对对比例1～3和实施例1～5制备得到的铜基复合材料所加工成的点焊电极在相同焊接参数下的寿命检测，结果如图10所示。由图10可知，使用本发明铜基复合材料所制备点焊电极具有较长的使用寿命。
将对比例1～3和实施例1～5制备得到的铜基复合材料进行硬度、相对密度、电极寿命和电导率，结果如表1所示；其中，硬度的测量标准为GB/T4340.1-2009；相对密度＝实际密度÷理论密度×100％；电极寿命的测量标准为AWS-W-6858A；电导率的测量标准为YS-T478-2005。
表1对比例1～3与实施例1～5制备得到的铜基复合材料的性能对比
根据表1测试结果可知，本发明提供的铜基复合材料的制备方法能够显著提高铜基复合材料的硬度。由本发明提供的铜基复合材料的电极寿命可知，本发明提供的铜基复合材料耐磨性较好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种原位合成TiC增强铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将钛粉和碳粉进行球磨，得到TiC前驱体；
(2)在所述步骤(1)得到的TiC前驱体表面镀镍，得到镍包覆TiC前驱体粉末；
(3)将所述步骤(2)得到的镍包覆TiC前驱体粉末和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物；
(4)将所述步骤(3)得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和煅压处理，得到原位合成TiC增强铜基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛粉的粒径为100～200目；碳粉的粒径为200～400目；
所述球磨的转速为300～500转/分，所述球磨的球料比为10～30:1，所述球磨在惰性气氛下进行。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中镀镍的方法包括：
将化学镀镍溶液与所述TiC前驱体在搅拌条件下进行混合，得到混合料液；所述混合的时间以混合料液中搅拌无气泡产生为准；
所述化学镀镍溶液的pH值为9～10；所述混合的温度为40～50℃；
将所述混合料液依次经过滤、洗涤和干燥，得到镍包覆TiC前驱体粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中镍包覆TiC前驱体粉末与纯铜粉的质量比为0.5～2:48～50。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的干燥为真空干燥，所述干燥的温度为80～100℃，干燥的压力为0.01～0.1MPa，干燥的时间为12～24h。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中冷压成型的温度为20～30℃；
所述冷压成型的压制方式为双向施压，所述双向施压的总压力为200～500MPa；所述冷压成型的保压时间为1～3min。
7.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中烧结在惰性气氛下进行，所述烧结的温度为800～950℃；所述烧结的时间为10～30min。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中锻压处理的温度为500～550℃，所述锻压处理的次数为5～10次；所述锻压处理的单次形变量独立地在30％以下。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的原位合成TiC增强铜基复合材料，包括铜基体、原位合成的TiC增强相和包裹在TiC增强相表面的Ni润湿相，表面包裹Ni润湿相的TiC增强相分散于铜基体的内部和表面。
10.一种权利要求9所述原位合成TiC增强铜基复合材料作为点焊电极材料的应用。
CN201711397490.3A 2017-12-21 2017-12-21 一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用 Pending CN108034851A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711397490.3A CN108034851A (zh) 2017-12-21 2017-12-21 一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711397490.3A CN108034851A (zh) 2017-12-21 2017-12-21 一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108034851A true CN108034851A (zh) 2018-05-15

Family

ID=62100566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711397490.3A Pending CN108034851A (zh) 2017-12-21 2017-12-21 一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108034851A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950538A (zh) * 2018-06-29 2018-12-07 武汉科技大学 一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法
CN110129607A (zh) * 2019-06-18 2019-08-16 盐城工学院 一种自生碳化钛增强铜基复合材料及其制备方法
CN113798477A (zh) * 2021-09-09 2021-12-17 内蒙古赛思普科技有限公司 一种适用于熔融还原炉的铜基渣口套内芯的制作方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1188158A (zh) * 1997-01-13 1998-07-22 中国科学院金属研究所 一种非连续陶瓷增强剂增强的金属基复合材料的制备方法
CN1410568A (zh) * 2001-09-27 2003-04-16 中国科学院金属研究所 一种锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法
JP2003518193A (ja) * 1999-11-16 2003-06-03 トリトン・システムズ・インコーポレイテツド 不連続強化金属基複合材料のレーザー加工
CN101812622A (zh) * 2010-02-08 2010-08-25 吉林大学 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法
CN102943199A (zh) * 2012-12-12 2013-02-27 江苏新亚特钢锻造有限公司 一种激光熔覆高韧性耐磨镍基合金粉末及其制备方法
CN103255415A (zh) * 2013-05-08 2013-08-21 北京工业大学 一种TiC增强的高熵合金涂层及其制备方法
CN104131196A (zh) * 2014-07-21 2014-11-05 昆明理工大学 一种颗粒增强铝基复合材料的超声钟罩制备方法
CN105420533A (zh) * 2015-11-02 2016-03-23 苏州金仓合金新材料有限公司 一种海洋工程用高强度碳化钛颗粒增强铜基合金新材料
CN105420587A (zh) * 2014-08-23 2016-03-23 江苏汇诚机械制造有限公司 一种TiC高硼低合金高速钢基钢结硬质合金的制备方法
CN105483413A (zh) * 2015-12-18 2016-04-13 聊城大学 原位析出TiC纳米硬质相增强网状铜钛复合材料及其制备方法
CN106435237A (zh) * 2016-09-20 2017-02-22 天津大学 一种纳米二氧化钛增强铜基复合材料的制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1188158A (zh) * 1997-01-13 1998-07-22 中国科学院金属研究所 一种非连续陶瓷增强剂增强的金属基复合材料的制备方法
JP2003518193A (ja) * 1999-11-16 2003-06-03 トリトン・システムズ・インコーポレイテツド 不連続強化金属基複合材料のレーザー加工
CN1410568A (zh) * 2001-09-27 2003-04-16 中国科学院金属研究所 一种锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法
CN101812622A (zh) * 2010-02-08 2010-08-25 吉林大学 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法
CN102943199A (zh) * 2012-12-12 2013-02-27 江苏新亚特钢锻造有限公司 一种激光熔覆高韧性耐磨镍基合金粉末及其制备方法
CN103255415A (zh) * 2013-05-08 2013-08-21 北京工业大学 一种TiC增强的高熵合金涂层及其制备方法
CN104131196A (zh) * 2014-07-21 2014-11-05 昆明理工大学 一种颗粒增强铝基复合材料的超声钟罩制备方法
CN105420587A (zh) * 2014-08-23 2016-03-23 江苏汇诚机械制造有限公司 一种TiC高硼低合金高速钢基钢结硬质合金的制备方法
CN105420533A (zh) * 2015-11-02 2016-03-23 苏州金仓合金新材料有限公司 一种海洋工程用高强度碳化钛颗粒增强铜基合金新材料
CN105483413A (zh) * 2015-12-18 2016-04-13 聊城大学 原位析出TiC纳米硬质相增强网状铜钛复合材料及其制备方法
CN106435237A (zh) * 2016-09-20 2017-02-22 天津大学 一种纳米二氧化钛增强铜基复合材料的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950538A (zh) * 2018-06-29 2018-12-07 武汉科技大学 一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法
CN108950538B (zh) * 2018-06-29 2020-08-04 武汉科技大学 一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法
CN110129607A (zh) * 2019-06-18 2019-08-16 盐城工学院 一种自生碳化钛增强铜基复合材料及其制备方法
CN113798477A (zh) * 2021-09-09 2021-12-17 内蒙古赛思普科技有限公司 一种适用于熔融还原炉的铜基渣口套内芯的制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108118177A (zh) 一种原位合成硼化锆增强铜基复合材料及其制备方法和应用
CN108085534A (zh) 一种原位合成硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法和应用
CN108034851A (zh) 一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用
CN101698909B (zh) 一种制备钼铜合金的方法
CN105238983A (zh) 一种稀土氧化物掺杂钨铜合金复合材料及其制备方法
CN108118178A (zh) 一种原位合成硼化钛-碳化钛复相陶瓷增强铜基复合材料及其制备方法和应用
CN106216705A (zh) 一种3d打印用细颗粒单质球形金属粉末的制备方法
CN104801709B (zh) 一种镍包覆铜金属粉体及其制备方法和应用
CN107245628B (zh) 采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料及其制备方法
CN105779801B (zh) 一种石墨烯增强银镍电接触复合材料及其制备方法
CN108149042B (zh) 一种高致密度钼材料的低温活化烧结制备方法
CN107723501A (zh) 一种TiB2颗粒和碳纳米管混合增强的铜基复合材料及其制备方法
CN114574728B (zh) 一种Cu-Y3Zr4O12复合材料制备方法
CN1166475C (zh) 用纳米技术制备银/石墨电触头材料的方法
CN110499442A (zh) 一种高强度抗腐蚀Cr3C2基轻质金属陶瓷合金及其制备方法
CN114669747A (zh) 以Cr、Zr或Nb为基的MnAlCn-1相粉末的制备方法
CN111041318A (zh) 一种钨铜合金及其制备方法
CN103951416B (zh) 一种复合纳米ZnO压敏陶瓷粉体的制备方法
CN1786229A (zh) 纳米/微米复合晶粒结构的CoSb3热电材料制备方法
CN112830491B (zh) MnAlCn-1相粉末的制备方法
CN108103342B (zh) 一种原位合成硼化铬-硼化锆复相陶瓷增强铜基复合材料及其制备方法和应用
CN113579237B (zh) 一种降低铜锡合金粉松装密度的制备方法
CN107217171B (zh) 一种液液掺杂稀土氧化物铜基复合材料及其制备方法
CN108103340A (zh) 一种多步法原位合成硼化钛-硼化锆复相陶瓷增强铜基复合材料及其制备方法和应用
CN109192557B (zh) 一种制备硼掺杂钴酸镍复合材料的工艺与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180515