CN110358990B - 一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法 - Google Patents

一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，具体为：对热压烧结制备的TiB2‑Cu复合材料，依次进行热挤压、冷轧、电脉冲处理。本发明通过对复合材料进行热挤压、冷轧和电脉冲处理协同处理，使得复合材料的导电率和硬度得到提升，同时强度和延伸率也得到改善，并且提升和改善的效果优于三种方法任意一种单独作用的效果。

Description

一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法
技术领域
本发明属于铜基复合材料技术领域，具体涉及一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法。
背景技术
铜由于具有良好的塑性和优良的导电、导热性能，一直在光电、航天、军工等领域被广泛应用。但是纯铜的强度一般较低，难以满足一些特殊的服役条件，因此纯铜的直接应用范围一般很小。为了满足工业领域中对传导性与力学性能的综合需求，在设法改善铜合金的强度和高温抗蠕变性能的同时，还要保证其优良的导电、导热性能不降低。在铜基体中，加入增强相是一种很有效的方法，所加入的增强相一般是纤维、颗粒、晶须等高强度材料。
二硼化钛作为铜基增强相的研究，已成为复合材料研究领域的一大热点，被认为是极具发展潜力和应用前景的新型结构功能材料，已逐渐受到国内外的高度重视。利用粉末冶金法原位制备TiB2-Cu复合材料时，为达到增强体均匀分散，往往需要采用高能球磨对原始粉末进行预处理，进而导致复合材料传导性能降低；而为了保持较高的传导性，采用低能混料替代高能球磨进行预处理，进而造成烧结态复合材料中增强相发生团聚，致使强化效果并不理想。
针对这一问题，本发明采用电脉冲辅助的多种变形方式协同作用的方法处理TiB2-Cu复合材料，通过变形提升材料的致密程度、强度、硬度，同时利用电脉冲作用维持并进一步提升TiB2-Cu复合材料的传导性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，解决了现有粉末冶金法制备的TiB2增强铜基复合材料中增强相发生团聚，致使强化效果不足的问题
本发明所采用的技术方案是，一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，热压烧结制备TiB2-Cu复合材料；
步骤2，后处理：
对步骤1制备得到的TiB2-Cu复合材料依次进行热挤压、冷轧、电脉冲处理。
本发明特点还在于，
步骤1具体为将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料。
Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为203.70～1164:4.52～25.86:1.95～11.20。
步骤2中热挤压参数具体为：热挤压温度为350℃～400℃，挤压比为6.25～12.3。
步骤2中热挤压前将TiB2-Cu复合材料在900℃～950℃加热保温25min～35min。
步骤2中冷轧变形量控制在50％～75％。
电脉冲处理参数为：电脉冲的充电电压为40V～50V，脉冲时间为20s～300s，电脉冲频率为300Hz～400Hz。
还包括步骤5，具体为：在步骤4结束后，重复步骤3至步骤4的过程0～2次。
本发明的有益效果是，
(1)本发明一种热压烧结二硼化钛-增强铜基复合材料的后处理方法，热挤压、冷轧和电脉冲处理协同处理复合材料后，复合材料的导电率和硬度同时得到提升，并且提升效果优于三种方法任意一种单独作用的效果；
(2)本发明一种热压烧结二硼化钛-增强铜基复合材料的后处理方法，热挤压、冷轧和电脉冲处理协同处理复合材料后，复合材料的强度和延伸率同时得到改善，并且改善程度优于三种方法任意一种单独作用的效果。
(3)本发明一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，通过对复合材料依次进行热挤压、多道次冷轧、电脉冲处理后，TiB2-Cu复合材料的强度和硬度大幅提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，通过热挤压、冷轧、电脉冲协同作用处理二硼化钛-铜基复合材料，具体按以下步骤实施：
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为203.70～1164:4.52～25.86:1.95～11.20。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在900℃～950℃加热保温25min～35min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在350℃～400℃，挤压比为6.25～12.3。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为50％～75％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为40V～50V，脉冲时间为20s～300s，电脉冲频率为300Hz～400Hz。
步骤5，重复步骤3至步骤4的过程0～2次，最后得到处理后的TiB2-Cu复合材料。
本发明首先通过热挤压和冷轧等变形手段，使材料产生大量的位错和变形孪晶，产生加工硬化效应，提升材料的强度硬度，同时大变形能够有效地提升材料的致密度，并改善材料中TiB2增强相的团聚，使强化相弥散均匀，进而大幅度提升材料的强度；然后对加工后的材料进行电脉冲处理，利用电致塑性效应提升材料的塑性，电脉冲处理改善变形带来的位错塞积，细化材料组织，使得材料的导电率上升。电脉冲处理能够减少位错，保留孪晶，孪晶界在材料中贡献一部分强度，所以TiB2增强Cu基复合材料在本发明提供的方法处理后能够表现出强度、硬度高，伸长率、导电率优异等效果。
本发明一种热压烧结二硼化钛-增强铜基复合材料的后处理方法，热挤压、冷轧和电脉冲处理协同处理复合材料后，复合材料的导电率、硬度、强度和延伸率均得到提升和改善，并且效果优于三种方法任意一种单独作用的效果。
实施例1
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为203.70：4.52：1.95。制备得到的TiB2-Cu复合材料规格为Ф35mm×25mm。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在900℃加热保温25min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在350℃，挤压比为6.25。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为50％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为40V，脉冲时间为20s，电脉冲频率为300Hz。
实施例1处理得到的复合材料在硬度不降低的前提下，导电率提升了11.4％IACS，强度可达到286.899MPa。
实施例2
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为203.70：4.52：1.95。制备得到的TiB2-Cu复合材料规格为Ф35mm×25mm。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在910℃加热保温28min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在380℃，挤压比为8.51。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为60％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为45V，脉冲时间为40s，电脉冲频率为300Hz。
实施例2处理得到的复合材料在硬度不降低的前提下，导电率提升了11.8％IACS，强度可达到310.200MPa。
实施例3
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为203.70：4.52：1.95。制备得到的TiB2-Cu复合材料规格为Ф35mm×25mm。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在950℃加热保温30min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在400℃，挤压比为12.3。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为75％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为50V，脉冲时间为60s，电脉冲频率为400Hz。
实施例3处理得到的复合材料在硬度不降低的前提下，导电率提升了10.0％IACS，强度可达到324.033MPa。
实施例4
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为582：12.93：5.6。制备得到的TiB2-Cu复合材料规格为Ф51mm×70mm。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在950℃加热保温35min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在380℃，挤压比为9。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为50％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为50V，脉冲时间为300s，电脉冲频率为300Hz。
步骤5，重复步骤3至步骤4的过程1次，最后得到处理后的TiB2-Cu复合材料。
实施例4处理得到的复合材料硬度提升了58.3HBW，导电率提升了8.6％IACS，强度可达到469.293MPa。
实施例5
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为1164：25.86：11.20。制备得到的TiB2-Cu复合材料规格为Ф51mm×70mm。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在950℃加热保温30min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在380℃，挤压比为9。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为50％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为50V，脉冲时间为300s，电脉冲频率为400Hz。
步骤5，重复步骤3至步骤4的过程2次，最后得到处理后的TiB2-Cu复合材料。
实施例5处理得到的复合材料硬度提升了52.3HBW，导电率提升了4.37％IACS，强度可达到496.158MPa。
实施例6
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为732.1:8.63:3.7。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在920℃加热保温30min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在365℃，挤压比为7.4。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为55％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为42V，脉冲时间为200s，电脉冲频率为350Hz。
实施例7
步骤1，将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；
其中Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为950:20.15:9.69。
步骤2，热挤压：
将步骤1得到的TiB2-Cu复合材料置于箱式电阻炉中在940℃加热保温32min，然后将其放入挤压筒中进行热挤压，热挤压时保证挤压筒温度在390℃，挤压比为11。
步骤3，冷轧：
对经步骤2热挤压后的TiB2-Cu复合材料进行多道次冷轧，控制冷轧的变形量为70％。
步骤4，电脉冲处理：
对经步骤3冷轧后的TiB2-Cu复合材料进行电脉冲处理，控制电脉冲的充电电压为47V，脉冲时间为100s，电脉冲频率为325Hz。
步骤5，重复步骤3至步骤4的过程2次，最后得到处理后的TiB2-Cu复合材料。

Claims (4)

1.一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，热压烧结制备TiB2-Cu复合材料；
具体为将Cu粉、TiH2粉和B粉混合压制后进行气氛保护高温热压烧结，制备得到TiB2-Cu复合材料；所述Cu粉、TiH2粉和B粉的质量比为203.70～1164:4.52～25.86:1.95～11.20；
步骤2，后处理：
对步骤1制备得到的TiB2-Cu复合材料依次进行热挤压、冷轧、电脉冲处理；
所述冷轧变形量控制在50％～75％；
步骤3：在步骤2结束后，重复步骤2冷轧、电脉冲处理的过程0～2次。
2.根据权利要求1所述的一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，其特征在于，所述步骤2中热挤压参数具体为：热挤压温度为350℃～400℃，挤压比为6.25～12.3。
3.根据权利要求1所述的一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，其特征在于，所述步骤2中热挤压前将TiB2-Cu复合材料在900℃～950℃加热保温25min～35min。
4.根据权利要求1所述的一种热压烧结二硼化钛增强铜基复合材料的后处理方法，其特征在于，所述电脉冲处理参数为：电脉冲的充电电压为40V～50V，脉冲时间为20s～300s，电脉冲频率为300Hz～400Hz。
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