CN115466913A - 一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法及Cu-Mo合金 - Google Patents

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杨子润
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Abstract

本发明公开了一种互不相溶的Cu‑Mo合金的制备方法及Cu‑Mo合金，对Cu‑Mo合金基体材料进行强流脉冲电子束辐照处理，在Cu‑Mo合金基体材料表层诱发生成分布有纳米钼颗粒的合金层，能够提高Cu‑Mo合金的耐磨性，以满足其在作为电触头材料等应用场景下的性能要求。

Description

一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法及Cu-Mo合金
技术领域
本发明属于合金材料领域，尤其涉及一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法及Cu-Mo合金。
背景技术
Cu-Mo合金是由高熔点、低线胀系数的Mo和高导电、导热率的Cu制成的假合金，具有足够的高温强度，有优良的抗高温和抗腐蚀等性能，因此可作为电子封装材料、电触头材料和电火花电极材料等。由于Cu-Mo合金的两个组元既不相互固溶，又不形成金属间化合物，因此在常规条件下制备Cu-Mo合金极其困难，目前Cu-Mo合金的制备主要采用传统的粉末冶金法，通过原料混合、压制成形、烧结得到。对于Cu-Mo合金体系，由于Mo、Cu之间互不固溶而且润湿性极差导致致密化程度低，在常规的烧结工艺下很难获得高的致密度，得到的合金材料存在微观组织分布不均匀，颗粒尺寸较大等问题，不能充分发挥该材料的优点，无法满足某些应用场景下性能的要求。因此，亟需开发一种新的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，采用强流脉冲电子束辐照这种表面改性技术对常规粉末冶金得到的Cu-Mo合金基体材料进行处理，其诱发的极速熔凝效应可在基体材料表层生成纳米钼颗粒的合金层，生成的合金层能够提高Cu-Mo合金的耐磨性，以满足其在作为电触头材料等应用场景下的性能要求。
本发明具体方案如下
本发明提供了一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，对Cu-Mo合金基体材料进行强流脉冲电子束辐照处理，在Cu-Mo合金基体材料表层诱发生成分布有纳米钼颗粒的合金层。
优选地，纳米钼颗粒的粒径为5-25nm。
强流脉冲电子束(HCPEB)辐照处理作为一种极端的加工技术，以微秒的时间作用在样品上可致使样品表层熔化甚至蒸发，在极短的时间内重熔层中Cu和Mo颗粒边缘完全熔化，在随后的急速冷却过程中形成纳米钼颗粒均匀分布在合金层，能够提高合金表层耐磨性能。
优选地，所述强流脉冲电子束辐照处理参数为：真空度P≤8×10-3Pa，束斑直径10-60mm，脉冲电子束能量为20-40keV，能量密度为1-30J/cm2，辐照次数为1-30次，靶源距离为15-20cm。
优选地，所述强流脉冲电子束辐照处理参数为：真空度P≤6×10-3Pa，束斑直径30-60mm，脉冲电子束能量为20-40keV，能量密度为4-20J/cm2，辐照次数为5-10次，靶源距离为15-20cm。
优选地，所述Cu-Mo合金基体材料采用粉末冶金法制备得到。
优选地，所述Cu-Mo合金基体材料制备方法具体包括：将铜粉和钼粉混合，将混合后的粉末压制成形，然后真空烧结得到。
优选地，所述铜粉和钼粉采用球磨法混合。
优选地，真空烧结采用阶段升温烧结，具体包括：以5-10℃/min速度升温到500-600℃，保温10-30min；然后以5-10℃/min继续升温到750-850℃/min，保温30-60min。
本发明还提供了一种Cu-Mo合金，由上述任一项方法制备得到。
本发明有益效果为：
本发明利用强流脉冲电子束(HCPEB)辐照处理Cu-Mo合金基体材料，在材料表层诱发生成纳米钼颗粒，所述表层中纳米钼颗粒与基体Cu为冶金结合，并呈均匀分布，解决了粉末冶金法制备得到的Cu-Mo合金基体表层Mo颗粒相尺寸较大以及与Cu基体界面结合问题，均匀分布的纳米相颗粒可进一步提高Cu-Mo合金表层的耐磨性。
附图说明
图1为实施例1经HCPEB辐照处理得到的Cu-Mo合金的SEM图；
图2为实施例1经HCPEB辐照处理得到的Cu-Mo合金的TEM图；
图3为实施例2经HCPEB辐照处理得到的Cu-Mo合金的背散射图；
图4为实施例2 HCPEB辐照处理前后Cu-Mo合金的摩擦系数曲线，其中，1为HCPEB辐照处理前Cu-Mo合金基体材料的摩擦系数曲线；2为HCPEB辐照处理后Cu-Mo合金的摩擦系数曲线。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
实施例1
一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，对Cu-Mo合金基体材料进行强流脉冲电子束辐照处理，在Cu-Mo合金基体材料表层诱发生成分布有纳米钼颗粒的合金层。所述强流脉冲电子束辐照处理参数为：真空度P＝5×10-3Pa，束斑直径为60mm，脉冲电子束能量为27KeV，能量密度为4J/cm2，辐照次数为5次，靶源距离为15cm。
其中，所述Cu-Mo合金基体材料使采用粉末冶金法制备得到，具体步骤为：
(1)混合：将铜粉(200目)和钼粉(400目)按照重量比75∶25放入球磨机中进行混料，球磨时间为1h；
(2)压制成形：混合均匀后的粉末装入压片机中，在15MPa的压力下进行压制5h；
(3)真空烧结：将压制成形的粉末放入真空烧结炉中进行烧结，烧结参数为：在压力为10MPa下以10℃/min速度升温到500℃，保温30min，然后以10℃/min升温到850℃/min，保温60min。
图1为本实施例辐照后Cu-Mo合金的SEM图，可以看出Cu-Mo合金表层发生剧烈熔化形成大量的熔坑结构；图2为辐照后Cu-Mo合金的TEM图，可以看出Cu-Mo合金表层中分布着纳米钼颗粒。
实施例2
一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，对Cu-Mo合金基体材料进行强流脉冲电子束辐照处理，在Cu-Mo合金基体材料表层诱发生成分布有纳米钼颗粒的合金层。所述强流脉冲电子束辐照处理参数为：真空度P＝5×10-3Pa，束斑直径为60mm，脉冲电子束能量为27KeV，能量密度为4J/cm2，辐照次数为10次，靶源距离为15cm。其中，Cu-Mo合金基体材料及其制备方法与实施例1相同。
图3为本实施例辐照后Cu-Mo合金的样品辐照后的背散射图，可以看出辐照后样品表层的大尺寸Mo颗粒边界有熔化迹象；图3放大的微区可以看到有衬度较亮的纳米颗粒在样品表层形成，根据背散射成像原理可知这些衬度较亮的纳米颗粒为Mo颗粒，其尺寸范围在5～25nm。
利用球盘式摩擦磨损试验机对本实施例所述的Cu-Mo合金基体材料以及HCPEB辐照处理后的Cu-Mo合金进行摩擦测试，结果如图4所示。其中，曲线1为HCPEB辐照处理前Cu-Mo合金基体材料的摩擦系数曲线；曲线2为HCPEB辐照处理后Cu-Mo合金的摩擦系数曲线。可以看出，HCPEB辐照处理后Cu-Mo合金表层摩擦系数由未处理的0.09降至0.04，表明经HCPEB辐照处理后的Cu-Mo合金耐磨性得到显著提升。
实施例3
一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，对Cu-Mo合金基体材料进行强流脉冲电子束辐照处理，在Cu-Mo合金基体材料表层诱发生成分布有纳米钼颗粒的合金层。所述强流脉冲电子束辐照处理参数为：真空度P＝5×10-3Pa，束斑直径为40mm，脉冲电子束能量为20KeV，能量密度为10J/cm2，辐照次数为20次，靶源距离为15cm。
其中，所述Cu-Mo合金基体材料使采用粉末冶金法制备得到，具体步骤为：
(1)混合：将铜粉(200目)和钼粉(400目)按照重量比75∶25放入球磨机中进行混料，球磨时间为1h；
(2)压制成形：混合均匀后的粉末装入压片机中，在15MPa的压力下进行压制5h；
(3)真空烧结：将压制成形的粉末放入真空烧结炉中进行烧结，烧结参数为：在压力为10MPa下以5℃/min速度升温到550℃，保温20min，然后以5℃/min升温到800℃/min，保温40min。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，对Cu-Mo合金基体材料进行强流脉冲电子束辐照处理，在Cu-Mo合金基体材料表层诱发生成分布有纳米钼颗粒的合金层。
2.根据权利要求1所述的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，纳米钼颗粒的粒径为5-25nm。
3.根据权利要求1或2所述的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，所述强流脉冲电子束辐照处理参数为：真空度P≤8×10-3Pa，束斑直径10-60mm，脉冲电子束能量为20-40keV，能量密度为1-30J/cm2，辐照次数为1-30次，靶源距离为15-20cm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，所述强流脉冲电子束辐照处理参数为：真空度P≤6×10-3Pa，束斑直径30-60mm，脉冲电子束能量为20-40keV，能量密度为4-20J/cm2，辐照次数为5-10次，靶源距离为15-20cm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，所述Cu-Mo合金基体材料采用粉末冶金法制备得到。
6.根据权利要求5所述的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，所述Cu-Mo合金基体材料制备方法具体包括：将铜粉和钼粉混合，将混合后的粉末压制成形，然后真空烧结得到。
7.根据权利要求6所述的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，所述铜粉和钼粉采用球磨法混合。
8.根据权利要求6或7所述的互不相溶的Cu-Mo合金的制备方法，其特征在于，真空烧结采用阶段升温烧结，具体包括：以5-10℃/min速度升温到500-600℃，保温10-30min；然后以5-10℃/min继续升温到750-850℃/min，保温30-60min。
9.一种Cu-Mo合金，其特征在于，由权利要求1-8任一项方法制备得到。
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