CN113388750A - 金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113388750A CN113388750A CN202110691841.1A CN202110691841A CN113388750A CN 113388750 A CN113388750 A CN 113388750A CN 202110691841 A CN202110691841 A CN 202110691841A CN 113388750 A CN113388750 A CN 113388750A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- composite material
- cuzral
- metallic glass
- powder
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 99
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 97
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 62
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 14
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 19
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N beryllium copper Chemical compound [Be].[Cu] DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- 229910017532 Cu-Be Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 3
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005438 FeTi Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 2
- 238000004098 selected area electron diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910000952 Be alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017770 Cu—Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017870 Cu—Ni—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017876 Cu—Ni—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017945 Cu—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002593 Fe-Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003286 Ni-Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018100 Ni-Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018532 Ni—Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000028571 Occupational disease Diseases 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
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
- C22C1/0425—Copper-based alloys
-
- 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
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- 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
- B22F9/002—Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline
-
- 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
-
- 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
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
- C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C45/00—Amorphous alloys
- C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
- H01B1/026—Alloys based on copper
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
-
- 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
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
- B22F2003/1051—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge
-
- 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
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明提供了一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法,该制备方法包括其包括如下步骤:准备CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末;将CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末混合后球磨,得到CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末;对得到的CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末采用放电等离子体烧结工艺进行烧结,烧结温度为400~450℃,烧结压力为400‑600 MPa。本发明的技术方案得到的复合材料,在较小的牺牲材料电导率的同时大幅度提升了力学性能;以金属玻璃为增强相,避免了传统增强相与基体界面不湿润的问题,实现基体与增强相之间的紧密结合。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域,尤其涉及一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法,特别涉及一种兼具超高强度与优良电导率的金属玻璃颗粒增强铜合金复合材料及其制备方法。
背景技术
超高强铜合金材料是我国战略型新兴产业如载人航天、探月工程、卫星导航系统、核心电子器件、深水大型油气田开发及煤层气开发、雷达系统、电器工程等所必需的结构功能材料。铜及其合金因其高导电性、可成形性和耐腐蚀性,成为电导体的独特材料,也是高强高导材料理想选择。长期以来,高强高导铜材料的研究存在着一种强度和导电性的权衡,甚至贯穿于整个导电材料的研究。高强合金的强化方法主要有固溶强化、沉淀强化、细晶强化和变形强化。但这些强化方法会导致晶体中出现大量的微观缺陷,从而降低合金的导电性。如何在大幅度提高铜的强度的前提下,尽可能少地牺牲铜的导电性,即实现铜的高强高导,一直以来是一个热点问题。
当前国内外制备高强导电材料主要方法是在铜中加入低固溶度的合金元素,通过高温固溶处理,合金元素在铜基体中形成过饱和固溶体。时效处理过程中,过饱和固溶体分解,固溶的合金元素以沉淀相形式从铜基体中析出,合金的强度迅速提高,但电导率会随之降低。这类铜合金主要包括Cu-Be系、Cu-Ti系、Cu-Ni-Sn系、Cu-Ni-Mn系、Cu-Ni-Si系和Cu-Ni-Al系等。其中Cu-Be合金电导率≧18%IACS,强度≧1000MPa,是最为常见的高强导电材料,同时是所有的铍合金中是用途最广的一种,其用量在当今世界已超过铍消费总量的70%。工业发达国家在铍铜合金材料的生产和应用方面达到了极高水平,且相关装备与生产技术仍在革新;尤其是美国(以Materion集团为代表)和日本(以永木精械株式会社为代表)企业的生产规模都很大,生产技术和装备水平处于世界领先地位。但是,铍铜合金含剧毒物质铍,在制备、切削加工、抛光、焊接等操作中,细微颗粒(小于10μm)的粉尘会悬浮于空气中,操作工人若吸入过量,会导致“铍肺”职业病。并且作为生活中常见材料,铍铜应用安全性还需进一步的考量。此外,铍铜在高于150℃环境下的应力松弛率急剧增大,极易导致弹性元器件在工作状态下的接触压力发生改变,致使连接器工作失效。因此,开发新型的环保型超高强、高抗应力松弛、成形性能优良、可靠性高的导电弹性铜合金成为弹性材料研究热点。
此外,实现材料的高强度和高电导率兼具一直以来都是高强高导领域的焦点问题,尤其是近年来轨道交通、电子信息以及航空航天等领域的飞速发展,对高强高导材料提出了新的要求。国内外研究工作者针对这一问题进行了大量的探索,例如通过固溶、轧制和时效等方法,诱导Cu-Fe-Ti合金中纳米FeTi相析出,达到524MPa的屈服强度和69%IACS的导电率,该工艺对FeTi相的析出难以控制并且材料强度并不理想。此外,采用液氮温度下动态塑性变形的方法,将纳米颗粒引入纳米Cu-Ag固溶体中,实现了高屈服强度(806MPa)和高导电率(80%IACS),但是该方法工艺复杂且只能制备带材样品,离工业应用甚远。并且上述材料在400℃条件下保温10min材料强度骤降至527MPa,低的热稳定性也导致材料难以广泛应用。上述研究表明,高强度高导电材料的获得不仅依赖于Cu和Cu合金本身的优化,还需要强化相的参与。常见的强化相一般以高强度陶瓷颗粒为主,如NbC、TiC、Al2O3等,通过物理或化学的方法制备复合材料,但是铜基体与强化相界面失效问题一直难以解决。
因此,开发新型高强度高导电性复合材料具有重要的理论价值和广阔的应用前景。
发明内容
针对以上技术问题,本发明公开了一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法,克服了高强高导材料的强度和导电性难以权衡的困难,在较小的牺牲材料电导率的同时大幅度提升了其力学性能。
对此,本发明采用的技术方案为:
一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其包括如下步骤:
步骤S1,准备CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末;
步骤S2,将CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末混合后球磨,球磨时间为0-30h,得到CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末;
步骤S3,对得到的CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末采用放电等离子体烧结工艺进行烧结,烧结温度为400~450℃,烧结压力为400-600MPa。
采用此技术方案制备得到的复合材料可以在较小的牺牲材料电导率的同时大幅度提升力学性能。
作为本发明的进一步改进,步骤S3中,烧结过程中保温时间为5-15min。进一步优选的,保温时间为10min。
作为本发明的进一步改进,步骤S1中,采用真空气雾化法制备CuCrZr合金粉末。
合金熔化温度为1050~1150℃左右,喷射气压设定为2.5~3.5MPa。
合金熔化温度为1100℃左右,喷射气压设定为3.0MPa。
作为本发明的进一步改进,步骤S1中,采用氩气雾化法制备CuZrAl金属玻璃合金粉末。
合金熔化温度为1250~1350℃,喷射气压设定为3.0-3.5MPa。
合金熔化温度为1280℃左右,喷射气压设定为3.2MPa。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,所述CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末中,所述CuCrZr合金粉末的质量百分比为60~80%。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,所述CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末中,所述CuCrZr合金的的质量百分比为70%。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,球磨时间为5-10h。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,球料比为10:1,转速为250rpm。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,烧结温度为420℃,烧结压力为500MPa。
所述CuCrZr合金粉末为Cu-0.75Cr-0.77Zr合金粉末(0.75、0.77为质量百分比,简称CuCrZr),所述CuZrAl金属玻璃合金粉末为Cu50Zr43Al7(原子百分比,简称CuZrAl)金属玻璃合金粉末。
本发明还公开了一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料,其采用如下任意一项所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法制备得到。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
第一,采用本发明的技术方案,使用机械球磨方法对CuZrAl金属玻璃合金和固溶态的CuCrZr合金前驱体粉末进行晶粒细化以及粉末混合,通过放电等离子体烧结工艺制备了大块CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合材料。整个过程中集固溶强化,细晶强化以及第二相强化等多种强化工艺为一体,在较小的牺牲材料电导率的同时大幅度提升其力学性能。
第二,本发明的技术方案选取金属玻璃为增强相,避免了传统增强相与基体界面不湿润的问题,实现基体与增强相之间的紧密结合。通过机械球磨工艺,得到了纳米级别的CuCrZr基体相。其中放电等离子体烧结工艺利用其低温和短时间烧结特点,在保证金属玻璃不发生晶化前提下制备了致密的CuCrZr晶体合金/CuZrAl金属玻璃复合材料。
第三,本发明的技术方案克服了高强高导材料的强度和导电性难以权衡的困难,制备得到的块体金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料:当CuZrAl金属玻璃质量百分比为30%时,在复合粉末球磨5h后,块体复合材料强度达到了1092MPa,电导率30(±1)%IACS;在复合粉末球磨10h后,块体复合材料强度1213MPa、电导率25(±1)%IACS的优异技术指标。
附图说明
图1是本发明实施例制备得到的不同质量百分比含量CuZrAl金属玻璃的复合材料的背散射图;其中(a)10wt.%,(b)20wt.%,(c)30wt.%,(d)40wt.%,(e)50wt.%,(f)60wt.%,(g)70wt.%,(h)80wt.%,(i)90wt.%。
图2是本发明实施例制备得到的不同质量百分比含量CuZrAl金属玻璃的复合材料的XRD图谱。
图3是本发明实施例制备得到的不同质量百分比含量CuZrAl金属玻璃的复合材料的压缩应力-应变曲线。
图4是本发明实施例制备得到的不同质量百分比含量CuZrAl金属玻璃的复合材料的电导率。
图5是本发明实施例制备得到的70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃复合材料不同球磨时间下的XRD图谱,其中,(a)为70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃复合材料不同球磨时间下的XRD图谱,(b)为Cu(110)峰的局部放大图。
图6是本发明实施例的不同球磨时间得到的大块70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃复合材料的压缩性能图,(a)为应力-应变曲线,(b)为屈服强度(YS)和极限抗压强度(UCS)。
图7是本发明实施例的不同球磨时间得到的大块70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃复合材料的电导率。
图8为本发明实施例制备得到的70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃复合材在不同球磨时间的基体的EBSD图谱和晶粒尺寸分布图;其中,(a)为球磨0h复合材料中的CuCrZr合金基体的EBSD图谱,(a-1)为球磨0h复合材料中的CuCrZr合金基体晶粒尺寸分布图,(b)为球磨30h复合材料中的CuCrZr合金基体的EBSD图谱,(b-1)为球磨30h复合材料中的CuCrZr合金基体晶粒尺寸分布图。
图9是本发明实施例制备得到的复合材料的两相结合界面处透射电子显微镜照片;其中,(a)为两相交界处的显微照片,(b)为CuCrZr合金区域的选区电子衍射花样,(c)为CuZrAl金属玻璃区域的选区电子衍射花样,(d)为两相交界处高分辨TEM照片,(e)-(f)为界面处元素面扫图谱。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料,其采用如下步骤制备得到:
步骤S1,准备CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末;
步骤S2,将CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末放入到不锈钢球磨罐中进行球磨,球料比10:1,转速250rpm,球磨时间5h,得到CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末;
步骤S3,对得到的CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末采用放电等离子体烧结工艺进行烧结,烧结温度为400~450℃,烧结压力为400-600MPa。优选的,烧结温度为420℃,烧结压力为500MPa,保温时间为10min,制备出直径15mm、厚度约4mm的CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合材料。
其中,本实施例中,CuCrZr合金粉末采用Cu-0.75Cr-0.77Zr(0.75、0.72为质量百分比,以下简称CuCrZr)。具体而言,采用如下步骤制备:Cu-0.75Cr-0.77Zr按照名义配比,使用真空氩弧熔炼的方法制备成母合金锭,将制备好的合金使用真空气雾化法制备成球形颗粒粉末,合金熔化温度为1100℃左右,喷射气压设定为3.0MPa。
CuZrAl金属玻璃粉末为Cu50Zr43Al7,具体而言,采用如下步骤制备:Cu50Zr43Al7(原子百分比,以下简称CuZrAl)按照名义配比,使用悬浮熔炼的方法制备成母合金锭,将制备好的合金使用氩气雾化法制备成球形颗粒粉末,合金熔化温度为1280℃左右,喷射气压设定为3.2MPa。
本实施例中,CuCrZr合金与CuZrAl金属玻璃复合粉末的质量比为7:3,即CuCrZr合金的质量百分比为70%,CuZrAl金属玻璃复合粉末的质量百分比为30%。
实施例2~实施例9
在实施例1的基础上,按照CuZrAl的质量百分比为10%、20%、40%、50%、60%、70%、80%和90%分别制备得到不同的复合材料,分别为实施例2~实施例9。实施例1~实施例9得到的复合材料的背散射图如图1所示,XRD图谱如图2所示,复合材料的压缩应力-应变曲线如图3所示,电导率如图4所示,通过对比不同成分复合材料强度和电导率的变化趋势发现,随金属玻璃含量的增加,复合材料强度增加,电导率降低。CuCrZr合金的质量百分比为60-80%时,电导率较高且力学强度好,当CuCrZr合金的质量百分比为70%,CuZrAl金属玻璃复合粉末的质量百分比为30%时,性能最优。
实施例10
以70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃为深入研究对象,本实施例分别探究了不同球磨时间下制备的复合材料的力学性能和导电性能。
将CuCrZr合金粉末筛至平均粒径15μm,将筛后的CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃粉末按照7:3的质量比进行机械球磨,通过控制球磨时间分别为0h、2h、5h、10h、20h、30h,细化基体合金晶粒尺寸以及破碎增强相。通过放电等离子体烧结工艺对混合粉末进行烧结,烧结压力为500MPa,温度为420℃,保温时间10min。制备出直径15mm、厚度约4mm的70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃复合材料。不同球磨时间得到的复合材料的性能对比结果如表1所示。不同球磨时间得到的复合材料的XRD图谱如图5所示,力学性能即应力-应变曲线(如图6(a))以及屈服强度和极限抗压强度(如图6(b))如图6所示,电导率如图7所示;EBSD图谱如图8所示,说明经过机械球磨后,CuCrZr基体合金的晶粒达到了250纳米左右。通过上述结果对比可见,通过控制球磨时间,使基体晶粒细化,可以制备出CuZrAl金属玻璃颗粒增强超细晶CuCrZr复合材料。研究结果表明,基体合金晶粒随着球磨时间延长而细化,球磨时间20h,基体晶粒达到250nm左右。当球磨时间超过5h后,复合材料的强度随球磨时间增加而增加,电导率随球磨时间增加而降低。
表1不同球磨时间得到的复合材料的性能对比表
实施例10得到经过5h球磨的70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl复合材料两相结合界面处透射电子显微镜照片如图9所示,可见,CuCrZr合金和CuZrAl金属玻璃实现了紧密结合。在复合粉末球磨5h后,块体复合材料强度达到了1092MPa,电导率30(±1)%IACS;在复合粉末球磨10h后,块体复合材料强度1213MPa、电导率25(±1)%IACS的优异技术指标。
本发明实施例以获得兼具超高强度和高导电性复合材料为目的,使用气雾化法制备CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末,将粉末通过机械球磨和放电等离子体烧结方法制备大块金属玻璃复合材料,通过调节两种粉末成分配比,得到了复合材料强度和电导率随成分变化趋势。选择70wt.%CuCrZr合金/30wt.%CuZrAl金属玻璃复合材料成分,改变球磨时间长短,制备了兼备超高强度和优良电导率的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料。最终结果表明,当CuZrAl金属玻璃含量为30wt.%,球磨时间5-10h,金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料具有优异的综合性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:其包括如下步骤:
步骤S1,准备CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末;
步骤S2,将CuCrZr合金粉末和CuZrAl金属玻璃合金粉末混合后球磨,球磨时间为0-30h,得到CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末;
步骤S3,对得到的CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末采用放电等离子体烧结工艺进行烧结,烧结温度为400~450℃,烧结压力为400-600 MPa。
2.根据权利要求1所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:步骤S3中,烧结过程中保温时间为5-15 min。
3.根据权利要求1所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:步骤S1中,采用真空气雾化法制备CuCrZr合金粉末。
4.根据权利要求3所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:步骤S1中,采用氩气雾化法制备CuZrAl金属玻璃合金粉末。
5.根据权利要求1所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:步骤S2中,所述CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末中,所述CuCrZr合金粉末的质量百分比为60~80%。
6.根据权利要求5所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:步骤S2中,所述CuCrZr合金/CuZrAl金属玻璃复合粉末中,所述CuCrZr合金的的质量百分比为70%。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:步骤S2中,球磨时间为5-10 h。
8.根据权利要求7所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:步骤S2中,球料比为10:1,转速为250 rpm;步骤S3中,烧结温度为420℃,烧结压力为500 MPa。
9.根据权利要求7所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法,其特征在于:所述CuCrZr合金粉末为Cu-0.75Cr-0.77Zr合金粉末,所述CuZrAl金属玻璃合金粉末为Cu50Zr43Al7金属玻璃合金粉末。
10.一种金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料,其特征在于:其采用如权利要求1~9任意一项所述的金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110691841.1A CN113388750B (zh) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110691841.1A CN113388750B (zh) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113388750A true CN113388750A (zh) | 2021-09-14 |
CN113388750B CN113388750B (zh) | 2022-02-11 |
Family
ID=77623388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110691841.1A Active CN113388750B (zh) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113388750B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115058615A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-16 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种多尺度结构铜基金属玻璃复合材料的制备方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2162423A1 (de) * | 1971-12-16 | 1973-07-12 | Duerrwaechter E Dr Doduco | Wolfram-kupfer-verbundwerkstoff zur verwendung bei kontakten und elektroden |
US5486240A (en) * | 1994-04-25 | 1996-01-23 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Carbide/nitride grain refined rare earth-iron-boron permanent magnet and method of making |
CN101613808A (zh) * | 2009-07-08 | 2009-12-30 | 苏州有色金属研究院有限公司 | CuCrZr合金线杆非真空生产方法 |
US20140020794A1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-01-23 | California Institute Of Technology | Systems and methods for implementing bulk metallic glass-based macroscale compliant mechanisms |
CN104136147A (zh) * | 2013-03-04 | 2014-11-05 | 新东工业株式会社 | 由铁基金属玻璃制成的粉末 |
CN107845691A (zh) * | 2016-09-19 | 2018-03-27 | 浙江凯盈新材料有限公司 | 用于太阳能电池电极的涂覆有金属玻璃的材料 |
CN110172649A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-27 | 同济大学 | 一种块体铜基非晶合金及其制备方法 |
CN110699676A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-01-17 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种高强度高电导率的金属玻璃复合材料及其制备方法 |
CN110846617A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-28 | 同济大学 | 一种铜锆铝三元非晶合金薄膜及其制备方法 |
-
2021
- 2021-06-22 CN CN202110691841.1A patent/CN113388750B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2162423A1 (de) * | 1971-12-16 | 1973-07-12 | Duerrwaechter E Dr Doduco | Wolfram-kupfer-verbundwerkstoff zur verwendung bei kontakten und elektroden |
US5486240A (en) * | 1994-04-25 | 1996-01-23 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Carbide/nitride grain refined rare earth-iron-boron permanent magnet and method of making |
CN101613808A (zh) * | 2009-07-08 | 2009-12-30 | 苏州有色金属研究院有限公司 | CuCrZr合金线杆非真空生产方法 |
US20140020794A1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-01-23 | California Institute Of Technology | Systems and methods for implementing bulk metallic glass-based macroscale compliant mechanisms |
CN104136147A (zh) * | 2013-03-04 | 2014-11-05 | 新东工业株式会社 | 由铁基金属玻璃制成的粉末 |
CN107845691A (zh) * | 2016-09-19 | 2018-03-27 | 浙江凯盈新材料有限公司 | 用于太阳能电池电极的涂覆有金属玻璃的材料 |
CN110172649A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-27 | 同济大学 | 一种块体铜基非晶合金及其制备方法 |
CN110846617A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-28 | 同济大学 | 一种铜锆铝三元非晶合金薄膜及其制备方法 |
CN110699676A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-01-17 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种高强度高电导率的金属玻璃复合材料及其制备方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115058615A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-16 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种多尺度结构铜基金属玻璃复合材料的制备方法 |
CN115058615B (zh) * | 2022-07-01 | 2023-11-10 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种多尺度结构铜基金属玻璃复合材料的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113388750B (zh) | 2022-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106756376B (zh) | 钨铜合金及其加工方法和应用 | |
CN104164587B (zh) | 一种致密的弥散强化铜基复合材料 | |
CN110066942B (zh) | 一种超高强高韧高导电铜镍锡合金及其制备方法 | |
CN109234556B (zh) | 一种微纳米复相颗粒增强铜基复合材料及其制备方法、铜合金原料粉的制备方法 | |
CN108080649A (zh) | 一种低温碳氢双联还原制备超细铁粉的方法 | |
CN109576529B (zh) | 高性能弥散铜合金及其制备方法 | |
CN114480899B (zh) | 一种稀土改性石墨烯铜基复合材料及其制备方法和应用 | |
CN113388750B (zh) | 金属玻璃颗粒增强纳米晶铜合金复合材料及其制备方法 | |
CN108856725A (zh) | 一种弥散强化铜原位自生复合材料的制备方法和应用 | |
CN101397617B (zh) | 一种纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金的制备方法 | |
CN113084180A (zh) | 一种钛合金球形粉末制备方法 | |
CN105695792B (zh) | 一种石墨烯/银镍电触头材料的制备方法 | |
CN109518057A (zh) | 一种由高熵合金钴镍铁铝铜粘结的碳化钨材料及其制备方法和应用 | |
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 | |
CN110508800B (zh) | 一种磨硬脆材料用复合结合剂磨具使用的预合金粉及其制备方法、磨具 | |
CN110434346B (zh) | 一种高能球磨法细化大粒径纯铜或铜合金颗粒的方法 | |
CN112410597A (zh) | 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法 | |
CN110846596A (zh) | 一种Wf/W合金-金刚石复合材料及其制备方法 | |
CN116043052A (zh) | 一种纳米弥散强化铜合金及其制备方法与应用 | |
CN115401195A (zh) | 一种颗粒增强高熵合金粉末及其制备方法和应用 | |
CN112143929B (zh) | 一种Al-Mg合金线的石墨烯负载晶粒细化材料及其制备方法 | |
CN113564400B (zh) | 一种聚变堆用纳米氧化物弥散强化铜合金的制备方法 | |
CN113322390A (zh) | 基于原位反应提高铜基复合材料强度与电导率匹配的方法 | |
CN102560171A (zh) | 一种石墨和Cu-Sn金属基复合材料及制备方法 | |
CN115058615B (zh) | 一种多尺度结构铜基金属玻璃复合材料的制备方法 |
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 | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |