一種Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，將Cu粉、Cr粉和FeC粉機(jī)械混合后經(jīng)過(guò)預(yù)壓制形成毛坯，毛坯經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉后經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，即得到Cu-Cr-FeC復(fù)合材料。本發(fā)明Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)在制備銅基復(fù)合材料的過(guò)程中加入鉻和不同量的含碳鐵粉，真空感應(yīng)熔煉使熔化合金均勻而不產(chǎn)生偏析，而且還能加快脫氣速度，使熔煉的合金均勻，氣體含量少，使銅基復(fù)合材料發(fā)生相變強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，提高其強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。
【專利說(shuō)明】—種Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]銅基復(fù)合材料是一類具有優(yōu)良綜合性能的新型功能材料，既具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，又具有高的強(qiáng)度和優(yōu)越的高溫性能。開(kāi)發(fā)銅基材料遇到的首要問(wèn)題是材料的導(dǎo)電性與強(qiáng)度難以兼顧的矛盾，即導(dǎo)電率高則強(qiáng)度低，強(qiáng)度的提高是以損失電導(dǎo)率為代價(jià)。而Cu-Fe復(fù)合材料在成本不高的基礎(chǔ)下能夠?qū)⑦@兩點(diǎn)性能最大化。
[0003]銅鉻合金是以Cu為基體，加入鉻及其他微量元素通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)生成的非金屬氧化物，因其具有較高的強(qiáng)度和硬度以及良好的導(dǎo)電性，在工業(yè)中要求高強(qiáng)高導(dǎo)的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0004]真空感應(yīng)熔煉(Vacuum induct1n melting,簡(jiǎn)稱VIM)是一種在真空條件下利用電磁感應(yīng)加熱原理來(lái)熔煉金屬的金屬工藝制程。在電磁感應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生渦電流，使金屬熔化。此制程在熔煉銅基復(fù)合材料時(shí)，能使銅基復(fù)合材料在保持良好的導(dǎo)電性的同時(shí)，合金強(qiáng)度得到了更有效的提高，并改善了材料的耐磨、耐腐蝕性能。
[0005]為了使銅鐵復(fù)合材料的導(dǎo)電性和強(qiáng)度有一定的突破，本發(fā)明將Cu粉、Cr粉、FeC粉混合后，采用真空感應(yīng)熔煉方法制備Cu-Cr-FeC復(fù)合材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，制備得到的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，將Cu粉、Cr粉和FeC粉機(jī)械混合后經(jīng)過(guò)預(yù)壓制形成毛坯，毛坯經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉后經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，即得到Cu-Cr-FeC復(fù)合材料。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0009]機(jī)械混合是將Cu粉、Cr粉和FeC粉裝入球磨罐中，按粉末總質(zhì)量的20?40倍加入磨球，以400r/min的轉(zhuǎn)速混粉12h。
[0010]FeC粉與Cu粉的質(zhì)量比為12?32:68?88，Cr粉的質(zhì)量是FeC粉與Cu粉總質(zhì)量的0.8 %。
[0011]預(yù)壓制是將機(jī)械混合后的粉末過(guò)篩后通過(guò)冷壓模具壓制，壓制壓力10?300KN，保壓30?120秒形成毛還。
[0012]真空感應(yīng)熔煉是將預(yù)壓制形成的毛坯裝在高純石墨坩堝中，然后放進(jìn)真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，真空度達(dá)到ΙΟ—1?10_3Pa后，向感應(yīng)熔煉爐內(nèi)通入Ar氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到0.05?0.08Mpa，逐漸開(kāi)始加大線圈上的電流至30?40A，直至金屬融化，在該電流下保溫3?5min，使其攪拌均勻，然后將線圈上的電流降到0.0A，最后充Ar氣至0.1Mpa后取出快速冷卻。
[0013]時(shí)效處理溫度為250?450°C，保溫2?6h。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)在制備銅基復(fù)合材料的過(guò)程中加入鉻和不同量的含碳鐵粉，真空感應(yīng)熔煉使熔化合金均勻而不產(chǎn)生偏析，而且還能加快脫氣速度，使熔煉的合金均勻，氣體含量少，使銅基復(fù)合材料發(fā)生相變強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，提高其強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明制備的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料在不同F(xiàn)eC含量下的電導(dǎo)率和硬度曲線.-^4 ，
[0016]圖2是本發(fā)明制備的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料金相組織；
[0017]圖3是本發(fā)明制備的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料中相變強(qiáng)化的馬氏體組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]本發(fā)明Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，將Cu粉、Cr粉和FeC粉機(jī)械混合后經(jīng)過(guò)預(yù)壓制形成毛坯，毛坯經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉后經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，即得到Cu-Cr-FeC復(fù)合材料。
[0020]具體按照以下步驟實(shí)施:
[0021]步驟1，分別稱取Cu粉、Cr粉和FeC粉，F(xiàn)eC粉與Cu粉的質(zhì)量比為12?32:68?88，Cr粉的質(zhì)量是FeC粉與Cu粉總質(zhì)量的0.8 %，轉(zhuǎn)入球磨罐中，按粉末總質(zhì)量的20?40倍加入磨球，以400r/min的轉(zhuǎn)速混粉12h ；
[0022]步驟2，將步驟I機(jī)械混合后的粉末過(guò)篩后通過(guò)冷壓模具壓制，壓制壓力10?300KN，保壓30?120秒形成毛坯；
[0023]步驟3，將步驟2預(yù)壓制形成的毛坯裝在高純石墨坩堝中，然后放進(jìn)真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，真空度達(dá)到ΙΟ—1?10_3Pa后，向感應(yīng)熔煉爐內(nèi)通入Ar氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到0.05?0.08Mpa，逐漸開(kāi)始加大線圈上的電流至30?40A，直至金屬融化，在該電流下保溫3?5min，使其攪拌均勻，然后將線圈上的電流降到0.0A，最后充Ar氣至0.1Mpa后取出快速冷卻；
[0024]步驟4，將步驟3真空感應(yīng)熔煉后的毛坯經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，時(shí)效處理過(guò)程中為了析出鉻，但不能使馬氏體或貝氏體組織組織發(fā)生相轉(zhuǎn)變，所以時(shí)效工藝為250-450°C保溫2-6h。
[0025]本發(fā)明Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)在制備銅基復(fù)合材料的過(guò)程中加入鉻和不同量的含碳鐵粉，真空感應(yīng)熔煉使熔化合金均勻而不產(chǎn)生偏析，而且還能加快脫氣速度，使熔煉的合金均勻，氣體含量少，使銅基復(fù)合材料發(fā)生相變強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到600Mpa以上，強(qiáng)度和導(dǎo)電性能也明顯提高。
[0026]圖1是本發(fā)明制備的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料在不同F(xiàn)eC含量下的電導(dǎo)率和硬度曲線，圖1中硬度曲線在上、電導(dǎo)率曲線在下，兩條曲線上包含實(shí)施例中4種不同F(xiàn)eC含量的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料電導(dǎo)率和硬度值；
[0027]圖2是本發(fā)明制備的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料組織圖，黑色的相變組織分布在白色的銅基體中，起強(qiáng)化作用；
[0028]圖3是圖2的高倍放大組織，圖3中能看到條狀的相為馬氏體組織，這種相具有較高的硬度和強(qiáng)度。
[0029]實(shí)施例1
[0030]步驟1，分別稱取Cu粉、Cr粉和FeC粉，F(xiàn)eC粉與Cu粉的質(zhì)量比為12:88，Cr粉的質(zhì)量是FeC粉與Cu粉總質(zhì)量的0.8%,轉(zhuǎn)入球磨罐中，按粉末總質(zhì)量的20倍加入磨球，以400r/min的轉(zhuǎn)速混粉12h ；
[0031]步驟2，將步驟I機(jī)械混合后的粉末過(guò)篩后通過(guò)冷壓模具壓制，壓制壓力10KN，保壓30秒形成毛還；
[0032]步驟3，將步驟2預(yù)壓制形成的毛坯裝在高純石墨坩堝中，然后放進(jìn)真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，真空度達(dá)到10_3Pa后，向感應(yīng)熔煉爐內(nèi)通入Ar氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到0.05Mpa，逐漸開(kāi)始加大線圈上的電流至30A，直至金屬融化，在該電流下保溫3min，使其攪拌均勻，然后將線圈上的電流降到0.0A，最后充Ar氣至0.1Mpa后取出快速冷卻；
[0033]步驟4，將步驟3真空感應(yīng)熔煉后的毛坯經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，250°C保溫2h。所得復(fù)合材料的硬度為HB142，抗拉強(qiáng)度550MPa，電導(dǎo)率19MS/m。
[0034]實(shí)施例2
[0035]步驟1，分別稱取Cu粉、Cr粉和FeC粉，F(xiàn)eC粉與Cu粉的質(zhì)量比為18:82，Cr粉的質(zhì)量是FeC粉與Cu粉總質(zhì)量的0.8%,轉(zhuǎn)入球磨罐中，按粉末總質(zhì)量的40倍加入磨球，以400r/min的轉(zhuǎn)速混粉12h ；
[0036]步驟2，將步驟I機(jī)械混合后的粉末過(guò)篩后通過(guò)冷壓模具壓制，壓制壓力30KN，保壓120秒形成毛還；
[0037]步驟3，將步驟2預(yù)壓制形成的毛坯裝在高純石墨坩堝中，然后放進(jìn)真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，真空度達(dá)到KT1Pa后，向感應(yīng)熔煉爐內(nèi)通入Ar氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到0.05Mpa，逐漸開(kāi)始加大線圈上的電流至35A，直至金屬融化，在該電流下保溫4min，使其攪拌均勻，然后將線圈上的電流降到0.0A，最后充Ar氣至0.1Mpa后取出快速冷卻；
[0038]步驟4，將步驟3真空感應(yīng)熔煉后的毛坯經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，300°C保溫3h。所得復(fù)合材料的硬度為HB155，抗拉強(qiáng)度580MPa，電導(dǎo)率16MS/m。
[0039]實(shí)施例3
[0040]步驟I，分別稱取Cu粉、Cr粉和FeC粉，F(xiàn)eC粉與Cu粉的質(zhì)量比為24:76，Cr粉的質(zhì)量是FeC粉與Cu粉總質(zhì)量的0.8%，轉(zhuǎn)入球磨罐中，按粉末總質(zhì)量的30倍加入磨球，以400r/min的轉(zhuǎn)速混粉12h ；
[0041]步驟2，將步驟I機(jī)械混合后的粉末過(guò)篩后通過(guò)冷壓模具壓制，壓制壓力100KN，保壓90秒形成毛還；
[0042]步驟3，將步驟2預(yù)壓制形成的毛坯裝在高純石墨坩堝中，然后放進(jìn)真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，真空度達(dá)到10_2Pa后，向感應(yīng)熔煉爐內(nèi)通入Ar氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到0.06Mpa，逐漸開(kāi)始加大線圈上的電流至38A，直至金屬融化，在該電流下保溫5min，使其攪拌均勻，然后將線圈上的電流降到0.0A，最后充Ar氣至0.1Mpa后取出快速冷卻；
[0043]步驟4，將步驟3真空感應(yīng)熔煉后的毛坯經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，350°C保溫3.5h。所得復(fù)合材料的硬度為HB150，抗拉強(qiáng)度590MPa，電導(dǎo)率14MS/m。
[0044]實(shí)施例4
[0045]步驟1，分別稱取Cu粉、Cr粉和FeC粉，F(xiàn)eC粉與Cu粉的質(zhì)量比為32:68，Cr粉的質(zhì)量是FeC粉與Cu粉總質(zhì)量的0.8%,轉(zhuǎn)入球磨罐中，按粉末總質(zhì)量的40倍加入磨球，以400r/min的轉(zhuǎn)速混粉12h ；
[0046]步驟2，將步驟I機(jī)械混合后的粉末過(guò)篩后通過(guò)冷壓模具壓制，壓制壓力300KN，保壓60秒形成毛還；
[0047]步驟3，將步驟2預(yù)壓制形成的毛坯裝在高純石墨坩堝中，然后放進(jìn)真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，真空度達(dá)到10_3Pa后，向感應(yīng)熔煉爐內(nèi)通入Ar氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到0.08Mpa，逐漸開(kāi)始加大線圈上的電流至40A，直至金屬融化，在該電流下保溫5min，使其攪拌均勻，然后將線圈上的電流降到0.0A，最后充Ar氣至0.1Mpa后取出快速冷卻；
[0048]步驟4，將步驟3真空感應(yīng)熔煉后的毛坯經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，400°C保溫4h。所得復(fù)合材料硬度為HB165，抗拉強(qiáng)度610MPa，電導(dǎo)率12MS/m。
【權(quán)利要求】
1.一種Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，將Cu粉、Cr粉和FeC粉機(jī)械混合后經(jīng)過(guò)預(yù)壓制形成毛坯，毛坯經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉后經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，即得到Cu-Cr-FeC復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述機(jī)械混合是將Cu粉、Cr粉和FeC粉裝入球磨罐中，按粉末總質(zhì)量的20?40倍加入磨球，以400r/min的轉(zhuǎn)速混粉12h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述FeC粉與Cu粉的質(zhì)量比為12?32:68?88，Cr粉的質(zhì)量是FeC粉與Cu粉總質(zhì)量的0.8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)壓制是將機(jī)械混合后的粉末過(guò)篩后通過(guò)冷壓模具壓制，壓制壓力10?300KN，保壓30?120秒形成毛坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法,其特征在于，所述真空感應(yīng)熔煉是將預(yù)壓制形成的毛坯裝在高純石墨坩堝中，然后放進(jìn)真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，真空度達(dá)到KT1?10_3Pa后，向感應(yīng)熔煉爐內(nèi)通入Ar氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到0.05?0.08Mpa，逐漸開(kāi)始加大線圈上的電流至30?40A,直至金屬融化,在該電流下保溫3?5min,使其攪拌均勻，然后將線圈上的電流降到0.0A，最后充Ar氣至0.1Mpa后取出快速冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-Cr-FeC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述時(shí)效處理溫度為250?450°C，保溫2?6h。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK104232955SQ201410494100
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】鄒軍濤, 王勇, 陳鏡任, 梁淑華, 石浩, 楚思清 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)