CN115612890B - 一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于所述CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，所述Mo2C颗粒的添加量为1‑10wt.％。本发明还提供一种上述的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料的制备方法。本发明的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料以Mo2C颗粒作为硬质增强相，得到的CuCrZr‑Mo2C复合材料表现出较好的高温稳定性、导电性能、力学性能等。本发明的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料的制备采用球磨、冷压、热压烧结、固溶、冷轧和时效处理，各步骤相互配合，最终制备的CuCrZr‑Mo2C复合材料表现出优异的综合性能。
Description
技术领域
本发明属于合金材料领域，尤其涉及一种CuCrZr复合材料及其制备工艺。
背景技术
由于优良的导电性、高强度、良好的抗疲劳性和出色的延展性，CuCrZr合金已广泛应用于点焊电极、引线框架、电触头材料、电力机车架空导线、热交换器、热核反应堆部件、连铸机结晶器、火箭发动机内壁材料等工业领域。时效处理是获得高强度、高导电性CuCrZr合金的有效方法。由于Cr和Zr在铜基体中的溶解度很小，时效过程中，过饱和固溶体分解为细小且分布均匀的富Cr相和富Zr相。时效析出的沉淀相粒子可有效阻碍位错的运动，进而通过沉淀强化提高合金的力学性能。同时，合金元素的析出降低了对电子的散射作用，显著提高合金的导电性能。此外，研究表明，Zr元素的加入可以促进Cr相粒子的析出，Zr元素主要分布Cr相粒子的周围，因此可一定程度上抑制粒子粗化。但是，当CuCrZr合金面临高温环境时，析出相粒子的粗化、位错密度的降低以及基体晶粒的粗化均会显著降低CuCrZr合金的力学性能和高温稳定性等。因此，如何提高CuCrZr合金的高温稳定性和软化温度，对于扩展合金的应用和开发合金的潜能具有重要意义。
为了提升CuCrZr合金的高温稳定性，一些研究提出通过引入颗粒增强相来制备CuCrZr-颗粒相复合材料。专利CN113355550B中采用机械合金化、湿法化学合成、放电等离子烧结、均匀化退火的工艺制备了CuCrZr-Y2O3复合材料，该复合材料的强度达到378.3-460.6MPa，电导率为74.9-84.3％IACS。但是，该专利采用纯Cu、纯Cr、纯Zr粉进行球磨，Cr和Zr容易偏聚。而且该专利工艺复杂、成本高、批量小，不适合工业化生产。此外，该专利的增强相的增强效果也有待加强，高温热稳定性有待改善。
因此，通过选择合适的增强相种类以及制备工艺来研究颗粒增强CuCrZr复合材料，对于国内CuCrZr材料的发展具有积极意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高温稳定性、导电性和力学性能优异的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料及其制备工艺。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于所述CuCrZr合金基体粉体中(分布于基体晶界处)的Mo2C颗粒，所述Mo2C颗粒的添加量为1-10wt.％(质量含量)。
上述Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料中，优选的，所述CuCrZr合金基体粉体中Cr的质量含量为0.5-1.5wt.％，Zr的质量含量为0.05-0.3wt.％，余量为铜以及不可避免的杂质，且所述Mo2C颗粒的添加量为3-5wt.％。
本发明中，Mo2C颗粒和CrZr元素之间具有明显的相互协同作用，但Mo2C颗粒的用量不宜过多，其用量需要考虑到自身的影响，还要考虑到CuCrZr合金基体粉体中CrZr的含量，否则Mo2C颗粒和CrZr元素之间协同作用不明显，反而会由于过多的Mo2C颗粒带来负面影响，影响到产品的综合性能，尤其是电导率和力学强度会变劣，更优选的，当CuCrZr合金基体粉体中Cr的质量含量为0.5-1.5wt.％，Zr的质量含量为0.05-0.3wt.％时，Mo2C颗粒在CuCrZr合金基体粉体中的添加量为3-5wt.％。
上述Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料中，优选的，所述CuCrZr合金基体粉体的粒径为10-55μm，粉末纯度>99.9％，所述Mo2C颗粒的粒径为0.5-2μm，纯度>99.99％。粉末冶金产品的性能与粒径相关，原始粉末的粒度细，得到的粉末冶金材料的粒度也就更细，相应的力学性能也会越好。但是，粉末粒度越小，活性越大，表面氧化和吸收水的能力越强。此外，更重要的是，为了保证Mo2C颗粒的弥散分布以及Mo2C颗粒和CrZr元素之间的相互配合作用，为了与后续工艺步骤相配合，本发明中对于CuCrZr合金基体粉末的粒径以及Mo2C颗粒的粒径需要限定在上述范围内。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将CuCrZr合金基体粉体和Mo2C颗粒进行混料、球磨处理、真空干燥处理得到预处理混合粉末；
(2)将步骤(1)中得到的预处理粉末冷压压制成型得到冷压坯体；
(3)将步骤(2)中得到的冷压坯体进行真空热压烧结得到烧结坯体；
(4)将步骤(3)中得到的烧结坯体进行固溶处理，得到固溶坯体；
(5)将步骤(4)中得到的固溶坯体进行冷轧变形处理，得到冷轧复合材料；
(6)将步骤(4)中得到的冷轧复合材料进行时效处理，即得到Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料。
上述制备方法中，优选的，所述球磨处理在行星式球磨机中进行，所述球磨机的球磨罐体和磨球均为硬质合金材质，球磨介质为无水乙醇；球磨处理时控制球磨转速200-250rpm，球磨时间为10-15h，球料比为(10-20)：1，采用正反转交替的球磨方式，同时每转30-60min停5-10min；所述真空干燥处理的温度为80-100℃，时间为4-8h。由于球磨过程中粉末会产热，因此需要运转一段时间停一段时间来冷却球磨罐和粉末。真空干燥是为了去除球磨过程加入的无水乙醇，真空干燥温度和时间会影响粉末真空干燥的速度。本发明对于球磨工艺参数的控制，有利于控制混合粉末的粒径与颗粒形状，改善Mo2C颗粒分布情况以及促进Mo2C颗粒与CrZr元素之间的相互协同作用。
上述制备方法中，优选的，所述冷压压制成型时控制压制成型时的压力为200-300MPa，保压时间为0.5-2min。冷压是为了将粉末预压成型，以提高后续烧结的致密度。采用200-300MPa压力，0.5-2min的保压时间可得到相对密度70-80％的压坯。
上述制备方法中，优选的，所述真空热压烧结时升温速率小于100℃/min，烧结温度为850-950℃，保温时间为10-15min，烧结压力为20-30MPa。烧结温度过低，压力过小容易导致烧结不致密，材料性能较差。烧结温度过高，压力过大则容易产生烧结液相，对材料的成分影响较大。烧结时间过长，则容易导致材料中晶粒长大，性能下降。因此，针对本发明的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，烧结温度、时间、压力保持在上述范围内，复合材料的性能更优。
上述制备方法中，优选的，所述固溶处理的温度为900-960℃，时间为2-10h，固溶处理后迅速进行水淬。CuCrZr合金是时效强化型合金，通过固溶处理可以提高后续的时效效果，对材料性能影响较大。固溶处理的温度和时间是影响固溶效果的因素，上述固溶温度和固溶时间可提高合金元素在铜基体中的固溶度。
上述制备方法中，优选的，所述冷轧变形处理时控制总变形量为40-60％，每道次变形量小于10％，冷轧温度为室温。冷轧可导致加工硬化，进而提高材料的力学性能。冷轧的变形量是影响冷轧效果的因素，随着变形量的增加，出现亚结构和变形织构，材料的强度和硬度增加，塑性和韧性降低。由于本发明为陶瓷颗粒和金属基体的复合材料，轧制变形量太大容易导致开裂，因此轧制变形量控制在40-60％。冷轧需要采用多道次轧制，如果一次轧制的量太大同样容易导致材料的开裂，因此本发明采用每道次变形量小于10％。
上述制备方法中，优选的，所述时效处理的温度为450-550℃，时效时间为2-10h，时效处理后迅速进行水淬。时效温度不同，析出相的临界形核尺寸、数量、成分和生长速率不同。时效温度过低时，由于扩散困难，不易形成析出相，时效后强度和硬度较低。时效温度过高时，容易发生扩散，过饱和固溶体析出相的临界形核尺寸较大，时效后强度和硬度较低，即过时效。时效时间增加，合金抗拉强度、屈服强度及硬度不断增大。但是如果出现过时效的情况，则时间延长，性能反而下降。因此，针对本发明的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，时效温度和时间保持在上述范围内，复合材料的性能更优。
Mo2C具有六方晶体结构，表现出高熔点、高硬度、高弹性模量、良好的热稳定性和机械稳定性、较高的热膨胀系数以及较低的电阻率，是一种新型的功能材料，广泛应用于耐高温、耐摩擦磨损、耐化学腐蚀等领域。本发明将Mo2C颗粒用于CuCrZr合金制备复合材料，以Mo2C颗粒作为硬质增强相。Mo2C颗粒具有稳定的结构，与Cr、Zr元素之间具有明显的相互协同作用，由于Mo2C颗粒分布于基体晶界处，可以抑制晶粒的长大，因此，在CuCrZr合金基体中添加Mo2C颗粒，可以显著增加材料的高温稳定性等。此外，弥散分布的Mo2C颗粒又提供了大量的异质形核位点，在时效过程中，可以降低Cr、Zr元素从基体析出形核所需的过冷度，因此对Cr、Zr的析出具有促进作用，且Mo和C在铜基体里几乎没有固溶度，减少对电导率的影响。而且，Cr、Zr元素在Mo2C颗粒表面形核析出，使得Mo2C颗粒附近形成了贫Cr和Zr元素区，会抑制Cr等析出相的进一步长大和粗化，力学性能与高温稳定性优异。因此Mo2C颗粒的加入，与Cr、Zr元素相互配合作用，有利于Mo2C颗粒、Cr、Zr元素作用的发挥，减少外加成分对基体本身电导率的影响，且外加成分的作用能最大化发挥，有利于得到高温稳定性、导电性和力学性能优异的CuCrZr-Mo2C复合材料，在电接触材料、引线框架等领域可展现出广阔的应用前景。
本发明的制备方法中，球磨既可以起到均匀混粉的作用，使Mo2C颗粒更加弥散分布于CuCrZr合金基体中，同时又可以破碎CuCrZr晶粒，起到细晶强化和弥散强化的作用。通过采用较大的压力(冷压)将混合粉末预压成型，得到具有一定密度的冷压坯体，可降低后续热压烧结的温度和时间，降低成本并提高材料制备的效率。真空热压烧结通过调节烧结温度、压力、时间可制备得到致密的CuCrZr-Mo2C复合材料。球磨、冷压、热压工艺的组合，有利于Mo2C颗粒与Cr、Zr元素之间相互协同作用的发挥，可以使制备的CuCrZr-Mo2C复合材料表现出高的致密度和细小的显微组织，同时Mo2C弥散分布。固溶处理为了提高Cr等合金元素在铜基体中的固溶度，通过将合金加热到高温单相区然后恒温保持一段时间，使过剩的合金元素充分溶解到固溶体中后快速冷却，得到具有过饱和固溶体的CuCrZr-Mo2C。冷轧形变处理可以在CuCrZr-Mo2C复合材料的微观组织中引入大量位错，位错密度的增加可显著提高复合材料的力学性能，起到位错强化的作用；同时位错能提供形核位点，促进固溶原子的析出。时效处理使铜基体中的过饱和固溶体脱溶、Cr等元素沉淀析出，可显著提高材料的导电性能；同时，析出的Cr粒子又可以起到沉淀强化的作用。固溶、冷轧、时效工艺的组合有利于Mo2C颗粒与Cr、Zr元素之间相互协同作用的发挥，不仅可以显著提高CuCrZr-Mo2C复合材料的导电性能，同时力学性能也得到提高。整体而言，本发明的制备方法，各步骤相互配合，有利于促进Mo2C颗粒和CrZr元素之间的相互配合作用，最终制备的CuCrZr-Mo2C复合材料表现出优异的综合性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料以CuCrZr合金粉末为基体，Cr和Zr不容易偏聚，以Mo2C颗粒作为硬质增强相，得到的CuCrZr-Mo2C复合材料表现出较好的高温稳定性、导电性能、力学性能等。
2、本发明的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料的制备采用球磨、冷压、热压烧结、固溶、冷轧和时效处理，各步骤相互配合，最终制备的CuCrZr-Mo2C复合材料表现出优异的综合性能。
3、本发明的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料的制备方法采用粉末冶金制备工艺，不受限于Mo2C颗粒的含量、尺寸、形貌等，且制备的复合材料性能稳定。并且，粉末冶金制备工艺的成本相对可控，可以批量化工业化生产，有利于大规模推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料的制备方法的工艺流程图。
图2为实施例1制备的CuCrZr-1wt.％Mo2C粉末的扫描电子显微镜照片。
图3为实施例1制备的CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料的扫描电子显微镜照片。
图4为实施例2制备的CuCrZr-3wt.％Mo2C复合材料的扫描电子显微镜照片。
图5为实施例3制备的CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，Mo2C颗粒的添加量为1wt.％(质量含量，下同)。
如图1所示，一种CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择99wt.％的CuCrZr粉(粒径10-55μm，D50为33.8μm，纯度>99.9％)和1wt.％的Mo2C粉末(粒径0.5-2μm，D50为1.2μm，纯度>99.99％)作为原材料。CuCrZr合金粉中Cr的含量为1wt.％，Zr的含量为0.19wt.％。先将称好的CuCrZr合金粉和Mo2C粉末分别加入到硬质合金球磨罐中，然后加入适量无水乙醇作为过程控制剂，并搅拌1min左右。之后将硬质合金磨球加入到球磨罐中。密封好球磨罐后抽真空并通入氩气作为保护气氛，设置好球磨参数后采用正反转交替的模式进行球磨，球磨一段时间后可暂停几分钟再继续球磨(如每小时工作50分钟暂停10分钟，下同)。具体的球磨参数如下：球磨转速为250rpm、球磨时间为10h、球料比为10：1。
(2)球磨后，将粉末与磨球筛分。球磨的混合粉末装入真空干燥箱中，设置干燥温度为80℃并干燥8h，干燥结束后随炉冷却至室温并取出粉末。通过扫描电子显微镜(Quanta650FEG)对CuCrZr-1wt.％Mo2C粉末进行表征，参考图2。如图2所示，CuCrZr-1wt.％Mo2C粉末呈现扁球状或片状，粉末粒径为10-50μm。
(3)将CuCrZr-1wt.％Mo2C粉末冷压成型。冷压模具为钢模，冷压设备为四柱液压机(YD150)，压力为300MPa，保压时间为0.5min。
(4)CuCrZr-1wt.％Mo2C冷压坯体装入石墨模具中，进行真空快速热压烧结。测温系统采用红外测温，烧结的真空度低于5×10-1pa。温度从室温逐渐增加到850℃，压力由5MPa逐渐增加到30MPa，升温速率小于100℃/min。在850℃保温15min后，烧结结束。样品随设备冷却至室温后取出，得到烧结态的CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料。
(5)烧结后的CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料进行固溶处理。固溶设备为热处理炉(KSL-1100X-S)，固溶温度为960℃，固溶时间为2h。固溶结束，将样品迅速进行水淬。
(6)在室温下使用双滚轧机对固溶后的CuCrZr-1wt.％Mo2C进行多道次冷轧形变处理。冷轧的总变形量为60％，每道次轧制变形量为10％。
(7)对冷轧后的复合材料进行时效处理。时效设备为热处理炉(KSL-1100X-S)，时效温度为450℃，时效时间为10h。时效结束，迅速进行水淬。最终得到高性能CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料。
通过扫描电子显微镜(Quanta650FEG)对实施例1制备的CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料进行微观组织表征，参考图3。如图3所示，灰色为CuCrZr基体，白色为Mo2C增强相颗粒。Mo2C颗粒在基体中呈现弥散分布。
实施例2：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，Mo2C颗粒的添加量为3wt.％。
一种CuCrZr-3wt.％Mo2C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择97wt.％CuCrZr粉(粒径10-55μm，D50为33.8μm，纯度>99.9％)和3wt.％的Mo2C粉末(粒径0.5-2μm，D50为1.2μm，纯度>99.99％)作为原材料。CuCrZr合金粉中Cr的含量为1wt.％，Zr的含量为0.19wt.％。加入CuCrZr合金粉、Mo2C粉末、无水乙醇后搅拌1min左右，之后将硬质合金磨球加入到球磨罐中。密封好球磨罐后抽真空并通入氩气作为保护气氛，设置好球磨参数后采用正反转交替的模式进行球磨。具体的球磨参数如下：球磨转速为200rpm、球磨时间为15h、球料比为20：1。
(2)球磨的混合粉末装入真空干燥箱中，设置干燥温度为100℃并干燥4h，干燥结束后随炉冷却至室温并取出粉末。将CuCrZr-3wt.％Mo2C粉末冷压成型，压力为200MPa，保压时间为2min。
(3)CuCrZr-3wt.％Mo2C冷压坯体装入石墨模具中，进行真空快速热压烧结。温度从室温逐渐增加到880℃，压力由5MPa逐渐增加到20MPa，升温速率小于100℃/min。在880℃保温10min后，样品随设备冷却至室温后取出。
(4)烧结态的CuCrZr-3wt.％Mo2C复合材料进行固溶处理。固溶温度为900℃，固溶时间为10h。固溶结束，将样品迅速进行水淬。
(5)在室温下使用双滚轧机对固溶后的CuCrZr-3wt.％Mo2C进行多道次冷轧形变处理。冷轧的总变形量为40％，每道次轧制变形量为10％。
(6)对冷轧后的复合材料进行时效处理。时效温度为550℃，时效时间为2h。时效结束，迅速进行水淬。最终得到高性能CuCrZr-3wt.％Mo2C复合材料。
通过扫描电子显微镜(Quanta650FEG)对实施例2制备的CuCrZr-3wt.％Mo2C复合材料进行微观组织表征，参考图4。如图4所示，灰色为CuCrZr基体，白色为Mo2C增强相颗粒。Mo2C颗粒明显增多，且分布均匀。
实施例3：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，Mo2C颗粒的添加量为5wt.％。
一种CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择95wt.％CuCrZr粉(粒径10-55μm，D50为33.8μm，纯度>99.9％)和5wt.％的Mo2C粉末(粒径0.5-2μm，D50为1.2μm，纯度>99.99％)作为原材料。CuCrZr合金粉中Cr的含量为1wt.％，Zr的含量为0.19wt.％。加入CuCrZr合金粉、Mo2C粉末、无水乙醇后搅拌1min左右，之后将硬质合金磨球加入到球磨罐中。密封好球磨罐后抽真空并通入氩气作为保护气氛，设置好球磨参数后采用正反转交替的模式进行球磨。具体的球磨参数如下：球磨转速为200rpm、球磨时间为12h、球料比为15：1。
(2)球磨的混合粉末装入真空干燥箱中，设置干燥温度为90℃并干燥4h，干燥结束后随炉冷却至室温并取出粉末。将CuCrZr-5wt.％Mo2C粉末冷压成型，压力为250MPa，保压时间为1min。
(3)CuCrZr-5wt.％Mo2C冷压坯体装入石墨模具中，进行真空快速热压烧结。温度从室温逐渐增加到900℃，压力由5MPa逐渐增加到20MPa，升温速率小于100℃/min。在900℃保温10min后，样品随设备冷却至室温后取出。
(4)烧结后的CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料进行固溶处理。固溶温度为940℃，固溶时间为4h。固溶结束，将样品迅速进行水淬。
(5)在室温下使用双滚轧机对固溶后的CuCrZr-5wt.％Mo2C进行多道次冷轧形变处理。冷轧的总变形量为60％，每道次轧制变形量为10％。
(6)对冷轧后的复合材料进行时效处理。时效温度为500℃，时效时间为4h。时效结束，迅速进行水淬。最终得到高性能CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料。
通过扫描电子显微镜(Quanta650FEG)对实施例3制备的CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料进行微观组织表征，参考图5。如图5所示，灰色为CuCrZr基体，白色为Mo2C增强相颗粒。Mo2C颗粒明显增多，且分布均匀。
实施例4：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，Mo2C颗粒的添加量为5wt.％。
一种CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择95wt.％CuCrZr粉(粒径10-55μm，D50为33.8μm，纯度>99.9％)和5wt.％的Mo2C粉末(粒径0.5-2μm，D50为1.2μm，纯度>99.99％)作为原材料。CuCrZr合金粉中Cr的含量为0.5wt.％，Zr的含量为0.05wt.％。加入CuCrZr合金粉、Mo2C粉末、无水乙醇后搅拌1min左右，之后将硬质合金磨球加入到球磨罐中。密封好球磨罐后抽真空并通入氩气作为保护气氛，设置好球磨参数后采用正反转交替的模式进行球磨。具体的球磨参数如下：球磨转速为200rpm、球磨时间为12h、球料比为15：1。
(2)球磨的混合粉末装入真空干燥箱中，设置干燥温度为90℃并干燥4h，干燥结束后随炉冷却至室温并取出粉末。将CuCrZr-5wt.％Mo2C粉末冷压成型，压力为250MPa，保压时间为1min。
(3)CuCrZr-5wt.％Mo2C冷压坯体装入石墨模具中，进行真空快速热压烧结。温度从室温逐渐增加到900℃，压力由5MPa逐渐增加到20MPa，升温速率小于100℃/min。在900℃保温10min后，样品随设备冷却至室温后取出。
(4)烧结后的CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料进行固溶处理。固溶温度为940℃，固溶时间为4h。固溶结束，将样品迅速进行水淬。
(5)在室温下使用双滚轧机对固溶后的CuCrZr-5wt.％Mo2C进行多道次冷轧形变处理。冷轧的总变形量为60％，每道次轧制变形量为10％。
(6)对冷轧后的复合材料进行时效处理。时效温度为500℃，时效时间为4h。时效结束，迅速进行水淬。最终得到高性能CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料。
实施例5：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，Mo2C颗粒的添加量为6wt.％。
一种CuCrZr-6wt.％Mo2C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择94wt.％CuCrZr粉(粒径10-55μm，D50为33.8μm，纯度>99.9％)和6wt.％的Mo2C粉末(粒径0.5-2μm，D50为1.2μm，纯度>99.99％)作为原材料。CuCrZr合金粉中Cr的含量为1.5wt.％，Zr的含量为0.3wt.％。加入CuCrZr合金粉、Mo2C粉末、无水乙醇后搅拌1min左右，之后将硬质合金磨球加入到球磨罐中。密封好球磨罐后抽真空并通入氩气作为保护气氛，设置好球磨参数后采用正反转交替的模式进行球磨。具体的球磨参数如下：球磨转速为200rpm、球磨时间为12h、球料比为15：1。
(2)球磨的混合粉末装入真空干燥箱中，设置干燥温度为90℃并干燥4h，干燥结束后随炉冷却至室温并取出粉末。将CuCrZr-6wt.％Mo2C粉末冷压成型，压力为250MPa，保压时间为1min。
(3)CuCrZr-6wt.％Mo2C冷压坯体装入石墨模具中，进行真空快速热压烧结。温度从室温逐渐增加到900℃，压力由5MPa逐渐增加到20MPa，升温速率小于100℃/min。在900℃保温10min后，样品随设备冷却至室温后取出。
(4)烧结后的CuCrZr-6wt.％Mo2C复合材料进行固溶处理。固溶温度为940℃，固溶时间为4h。固溶结束，将样品迅速进行水淬。
(5)在室温下使用双滚轧机对固溶后的CuCrZr-6wt.％Mo2C进行多道次冷轧形变处理。冷轧的总变形量为60％，每道次轧制变形量为10％。
(6)对冷轧后的复合材料进行时效处理。时效温度为500℃，时效时间为4h。时效结束，迅速进行水淬。最终得到高性能CuCrZr-6wt.％Mo2C复合材料。
实施例6：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，Mo2C颗粒的添加量为8wt.％。
一种CuCrZr-8wt.％Mo2C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择92wt.％CuCrZr粉(粒径10-55μm，D50为33.8μm，纯度>99.9％)和8wt.％的Mo2C粉末(粒径0.5-2μm，D50为1.2μm，纯度>99.99％)作为原材料。CuCrZr合金粉中Cr的含量为1wt.％，Zr的含量为0.19wt.％。加入CuCrZr合金粉、Mo2C粉末、无水乙醇后搅拌1min左右，之后将硬质合金磨球加入到球磨罐中。密封好球磨罐后抽真空并通入氩气作为保护气氛，设置好球磨参数后采用正反转交替的模式进行球磨。具体的球磨参数如下：球磨转速为200rpm、球磨时间为10h、球料比为15：1。
(2)球磨的混合粉末装入真空干燥箱中，设置干燥温度为100℃并干燥4h，干燥结束后随炉冷却至室温并取出粉末。将CuCrZr-8wt.％Mo2C粉末冷压成型，压力为250MPa，保压时间为2min。
(3)CuCrZr-8wt.％Mo2C冷压坯体装入石墨模具中，进行真空快速热压烧结。温度从室温逐渐增加到950℃，压力由5MPa逐渐增加到30MPa，升温速率小于100℃/min。在950℃保温10min后，样品随设备冷却至室温后取出。
(4)烧结态CuCrZr-8wt.％Mo2C复合材料后续进行固溶处理。固溶温度为950℃，固溶时间为6h。固溶结束，将样品迅速进行水淬。
(5)在室温下使用双滚轧机对固溶后的CuCrZr-8wt.％Mo2C进行多道次冷轧形变处理。冷轧的总变形量为50％，每道次轧制变形量为10％。
(6)对冷轧后的复合材料进行时效处理。时效温度为500℃，时效时间为4h。时效结束，迅速进行水淬。最终得到高性能CuCrZr-8wt.％Mo2C复合材料。
实施例7：
一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒，Mo2C颗粒的添加量为10wt.％。
一种CuCrZr-10wt.％Mo2C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择90wt.％CuCrZr粉(粒径10-55μm，D50为33.8μm，纯度>99.9％)和10wt.％的Mo2C粉末(粒径0.5-2μm，D50为1.2μm，纯度>99.99％)作为原材料。CuCrZr合金粉中Cr的含量为1wt.％，Zr的含量为0.19wt.％。加入CuCrZr合金粉、Mo2C粉末、无水乙醇后搅拌1min左右，之后将硬质合金磨球加入到球磨罐中。密封好球磨罐后抽真空并通入氩气作为保护气氛，设置好球磨参数后采用正反转交替的模式进行球磨。具体的球磨参数如下：球磨转速为220rpm、球磨时间为10h、球料比为15：1。
(2)球磨的混合粉末装入真空干燥箱中，设置干燥温度为90℃并干燥6h，干燥结束后随炉冷却至室温并取出粉末。将CuCrZr-10wt.％Mo2C粉末冷压成型，压力为250MPa，保压时间为1min。
(3)CuCrZr-10wt.％Mo2C冷压坯体装入石墨模具中，进行真空快速热压烧结。温度从室温逐渐增加到880℃，压力由5MPa逐渐增加到25MPa，升温速率小于100℃/min。在880℃保温10min后，样品随设备冷却至室温后取出。
(4)烧结态CuCrZr-10wt.％Mo2C复合材料后续进行固溶处理。固溶温度为950℃，固溶时间为4h。固溶结束，将样品迅速进行水淬。
(5)在室温下使用双滚轧机对固溶后的CuCrZr-10wt.％Mo2C进行多道次冷轧形变处理。冷轧的总变形量为50％，每道次轧制变形量为10％。
(6)对冷轧后的复合材料进行时效处理。时效温度为500℃，时效时间为4h。时效结束，迅速进行水淬。最终得到高性能CuCrZr-10wt.％Mo2C复合材料。
对比例1：
本对比例参照实施例1的制备方法，与实施例1的区别在于，CuCrZr合金粉末与Mo2C颗粒的球磨采用如下参数：球磨转速300rpm，球磨时间12h。
通过扫描电子显微镜表征发现，通过该球磨工艺得到的CuCrZr-1wt.％Mo2C粉末呈现出扁平的片状，粉末粒径达到了40-100μm，远高于实施例1的粉末。该粉末经过热压烧结后可以看到明显的颗粒边界，而边界处出现明显的Mo2C颗粒聚集和富集。因此通过该方案得到的复合材料，并没有实现Mo2C的弥散分布。
对比例2：
本对比例参照实施例1的制备方法，与实施例1的区别在于，直接将CuCrZr合金粉末进行球磨、冷压、热压烧结、固溶处理、冷轧变形、时效处理。其他实验参数均与实施例1保持一致，以对比CuCrZr和CuCrZr-Mo2C复合材料的性能。
对比例3：
本对比例参照实施例1的制备方法，与实施例1的区别在于，CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料经烧结过后不进行固溶处理、冷轧变形、时效处理。其中球磨、冷压、热压烧结的参数与实施例1相一致。
对比例4：
本对比例参照实施例1的制备方法，与实施例1的区别在于，CuCrZr-1wt.％Mo2C复合材料经冷轧变形后，不进行时效处理。其中球磨、冷压、热压烧结、固溶、冷轧的参数与实施例1相一致。
对比例5：
本对比例参照实施例2的制备方法，与实施例2的区别在于，CuCrZr-3wt.％Mo2C复合材料经烧结过后不进行固溶、冷轧变形、时效处理。其中球磨、冷压、热压烧结的参数与实施例2相一致。
对比例6：
本对比例参照实施例2的制备方法，与实施例2的区别在于，CuCrZr-3wt.％Mo2C复合材料经冷轧变形后，不进行时效处理。其中球磨、冷压、热压烧结、固溶、冷轧的参数与实施例2相一致。
对比例7：
本对比例参照实施例3的制备方法，与实施例3的区别在于，CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料经烧结过后不进行固溶、冷轧变形、时效处理。其中球磨、冷压、热压烧结的参数与实施例3相一致。
对比例8：
本对比例参照实施例3的制备方法，与实施例3的区别在于，CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料经冷轧变形后，不进行时效处理。其中球磨、冷压、热压烧结、固溶、冷轧的参数与实施例3相一致。
对比例9：
本对比例参照实施例3的制备方法，与实施例3的区别在于，CuCrZr合金粉中Cr的含量为2wt.％，Zr的含量为0.5wt.％。
对比例10：
本对比例参照实施例3的制备方法，与实施例3的区别在于，CuCrZr合金粉中Cr的含量为2wt.％，Zr的含量为0.5wt.％，Mo2C的含量为15wt.％。
对比例11：
本对比例参照实施例3的制备方法，与实施例3的区别在于，CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料的时效温度为400℃，时效时间为4h。
对比例12：
本对比例参照实施例3的制备方法，与实施例3的区别在于，CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料的时效温度为500℃，时效时间为1h。
根据中华人民共和国国家标准(GB/T32791-2016、GB/T4340.1-2009、GB/T228.1-2021、GB/T33370-2016)分别对实施例和对比例的电导率、维氏硬度、抗拉强度、软化温度进行了测试。表1是对上述实施例1-7和对比例1-12制备出的CuCrZr-Mo2C复合材料进行性能测试的结果：
表1：CuCrZr-Mo2C复合材料进行性能测试的结果
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如表1所示，随着Mo2C增强相含量的增加，CuCrZr-Mo2C复合材料的软化温度得到明显的提高。CuCrZr-5wt.％Mo2C复合材料的软化温度达到了820℃，明显高于CuCrZr合金的565℃。同时，CuCrZr-Mo2C复合材料的硬度和强度也随着Mo2C增强相含量的增加而少量增加。由于Mo2C颗粒主要分布于晶界处，因此对电导率影响不是很大，CuCrZr-Mo2C复合材料的电导率随着Mo2C含量的增加只出现稍微降低。当Mo2C含量为8wt.％时，由于出现明显的Mo2C颗粒团聚，因此复合材料的拉伸强度降低。通过对比例说明，通过调节球磨参数来适当降低球磨后混合粉末的粒径，可以提高Cu-Mo2C复合材料最终的性能；冷轧变性处理可显著提高CuCrZr-Mo2C复合材料的力学性能；时效处理可显著提高CuCrZr-Mo2C复合材料的电导率；时效温度和时效时间会影响CuCrZr-Mo2C复合材料的性能。7个实施例的CuCrZr-Mo2C复合材料的电导率为73.8-88.3％IACS，硬度为99.7-130.6HV，抗拉强度为332.1-490.2MPa，软化温度为645-940℃，综合考虑各因素，采用本发明成分与方法制备的样品的综合性能相对更优。
Claims (6)
1.一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，其特征在于，包括CuCrZr合金基体粉体以及弥散分布于所述CuCrZr合金基体粉体中的Mo2C颗粒；
所述CuCrZr合金基体粉体中Cr的质量含量为0.5-1.5wt.%，Zr的质量含量为0.05-0.3wt.%，余量为铜以及不可避免的杂质，且所述Mo2C颗粒的添加量为3-5wt.%；
所述Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将CuCrZr合金基体粉体和Mo2C颗粒进行混料、球磨处理、真空干燥处理得到预处理粉末；
（2）将步骤（1）中得到的预处理粉末冷压压制成型得到冷压坯体；
（3）将步骤（2）中得到的冷压坯体进行真空热压烧结得到烧结坯体；
（4）将步骤（3）中得到的烧结坯体进行固溶处理，得到固溶坯体；
（5）将步骤（4）中得到的固溶坯体进行冷轧变形处理，得到冷轧复合材料；
（6）将步骤（5）中得到的冷轧复合材料进行时效处理，即得到Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料；
所述CuCrZr合金基体粉体的粒径为10-55μm，粉末纯度>99.9%，所述Mo2C颗粒的粒径为0.5-2μm，纯度>99.99%；
所述球磨处理在行星式球磨机中进行，所述球磨机的球磨罐体和磨球均为硬质合金材质，球磨介质为无水乙醇；球磨处理时控制球磨转速200-250rpm，球磨时间为10-15h，球料比为（10-20）：1，同时每转30-60min停5-10min；所述真空干燥处理的温度为80-100℃，时间为4-8h。
2.根据权利要求1所述的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，其特征在于，所述冷压压制成型时控制压制成型时的压力为200-300MPa，保压时间为0.5-2min。
3.根据权利要求1所述的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，其特征在于，所述真空热压烧结时升温速率小于100℃/min，烧结温度为850-950℃，保温时间为10-15min，烧结压力为20-30MPa。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，其特征在于，所述固溶处理的温度为900-960℃，时间为2-10h，固溶处理后迅速进行水淬。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，其特征在于，所述冷轧变形处理时控制总变形量为40-60%，每道次变形量小于10%，冷轧温度为室温。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料，其特征在于，所述时效处理的温度为450-550℃，时效时间为2-10h，时效处理后迅速进行水淬。
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