本發(fā)明涉及復(fù)合材料增材制造，具體涉及一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、cucrnb合金是一種高強(qiáng)、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、耐熱銅合金，其被制備成燃燒室的內(nèi)襯并使用在航天器的液氧液氫、液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯材料需要承受高溫、沖擊、氧化、高溫差載荷循環(huán)等惡劣服役條件，nasa結(jié)合使用氣霧化法以及增材制造（3d打印）制備了cucrnb（grcop）合金發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯，該內(nèi)襯之所以能夠應(yīng)對(duì)極端工況，是由于多尺度的laves相cr2nb起到關(guān)鍵強(qiáng)化作用。在高溫高應(yīng)力服役工況下，多尺度的cr2nb阻礙了晶界遷移，避免了3d打印的細(xì)化晶粒在高溫下再結(jié)晶長(zhǎng)大造成的材料軟化，而晶粒內(nèi)部納米尺寸的cr2nb更是起到釘扎位錯(cuò)強(qiáng)化基體的作用。另外，在富cr的cucrnb合金中，時(shí)效析出的納米級(jí)別的cr也能強(qiáng)化基體。研究顯示cucrnb合金在600℃循環(huán)服役下仍然具備大于100mpa的強(qiáng)度，但相比于室溫下大于600mpa的強(qiáng)度仍有明顯降低。

2、根據(jù)相關(guān)研究來看，在富cr的cucrnb合金中納米尺寸的cr析出物易在高溫下長(zhǎng)大，造成強(qiáng)化作用的下降。另外，高含量的cr2nb易在初生階段團(tuán)聚生成尺寸較大的析出相影響材料強(qiáng)塑性和耐熱性。通過相圖可以看出，在高溫下（超出800℃）cr2nb在銅基體中仍有一定的固溶度，一些納米尺寸cr2nb的固溶也會(huì)造成材料強(qiáng)度的急劇下降并降低其電導(dǎo)率。因此，需要使用其它的方式來進(jìn)一步提高該cucrnb合金的熱穩(wěn)定性能。

3、在cu基體中添加陶瓷第二相制備復(fù)合材料備受研究學(xué)者的關(guān)注，如al2o3，tib2，lab6，y2o3，wc等，陶瓷相由于自身具有極高的熔點(diǎn)以及強(qiáng)度，并且在銅基體中基本不具有固溶度，納米陶瓷相彌散增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料能表現(xiàn)出極好的材料結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性，以及在寬溫域下的高強(qiáng)高導(dǎo)性能。選取合適的陶瓷相并使用匹配的制備工藝獲得彌散分布非偏聚的復(fù)合材料，有望進(jìn)一步提高cucrnb合金的熱穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法。該方法將lab6粉末與cucrnb粉末機(jī)械球磨混合制備被lab6包裹的cucrnb復(fù)合粉體，經(jīng)增材制造獲得成型件，再結(jié)合時(shí)效熱處理進(jìn)行性能調(diào)控，獲得lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，通過在cucrnb合金中引入耐高溫的納米陶瓷增強(qiáng)相l(xiāng)ab6，提高了銅基復(fù)合材料的高溫穩(wěn)定性，使其兼具高強(qiáng)高導(dǎo)的綜合性能，解決了cucrnb合金在高溫循環(huán)服役時(shí)高強(qiáng)高導(dǎo)性能迅速惡化的難題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

3、步驟一、將lab6粉末與cucrnb粉末進(jìn)行球磨混合，獲得被lab6包覆的cucrnb復(fù)合粉體；

4、步驟二、采用步驟一中獲得的被lab6包覆的cucrnb復(fù)合粉體進(jìn)行增材制造，獲得成型件；

5、步驟三、對(duì)步驟三中獲得的成型件進(jìn)行時(shí)效熱處理，獲得lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。

6、上述的一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述cucrnb粉末為氣霧化法制備的cucrnb球形合金粉體或者機(jī)械合金化法制備的cucrnb復(fù)合粉末，且粒徑小于50μm。

7、上述的一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述cucrnb粉末由以下質(zhì)量百分含量的成分組成：cr?0.16%~8.97%，nb?0.15%~7.29%，且cr與nb的摩爾比為2~2.2：1，余量為銅。

8、上述的一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述lab6粉末質(zhì)量占被lab6包覆的cucrnb復(fù)合粉體質(zhì)量的0.1%~3%，且lab6粉末的粒徑小于1μm。

9、上述的一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述球磨混合的球料比為2~5：1，球磨轉(zhuǎn)速為100rpm~300rpm，球磨時(shí)間為5h~10h。該球磨混合的工藝參數(shù)保證了lab6粉末與cucrnb粉末的混勻程度，且不會(huì)破壞兩種粉末的成分和尺寸。通過控制球磨混合的工藝，避免破壞lab6粉末與cucrnb粉末的成分及尺寸，獲得均勻的復(fù)合粉體。

10、上述的一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟二中所述增材制造采用激光粉末床融合方法或定向能量沉積方法。

11、上述的一種lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟三中所述時(shí)效熱處理的溫度為400℃~500℃，時(shí)效時(shí)間為0.5h~5h。通過控制時(shí)效熱處理的溫度和時(shí)間，以消除增材制造中快冷帶來的大量?jī)?nèi)應(yīng)力，從而有效避免復(fù)合材料服役時(shí)應(yīng)力集中造成的低塑性；同時(shí)，使得固溶在銅基體中的少量固溶元素以納米相繼續(xù)析出，增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度，且銅基體中固溶元素的減少有利于提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

13、1、本發(fā)明選取cucrnb粉末作為基體原料，利用其生成的高熔點(diǎn)金屬間化合物cr2nb本身對(duì)銅基體起到強(qiáng)化作用，保證了銅基復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能，使其兼具高強(qiáng)高導(dǎo)的綜合性能，同時(shí)該基體原料可采用氣霧化法制備的cucrnb球形合金粉體或者機(jī)械合金化法制備的cucrnb復(fù)合粉末，原料來源廣泛，實(shí)用性高。

14、2、針對(duì)激光光源的增材制造方式，本發(fā)明采用機(jī)械球磨制備復(fù)合粉體，使得微米、納米大小的lab6粉末包覆在cucrnb粉末外層，克服了銅合金粉尤其是氣霧化制備的球形銅合金粉對(duì)激光反射率大導(dǎo)致增材制造效率不高的問題，且lab6具有良好的激光吸收能力和光熱轉(zhuǎn)換性能，故被lab6包覆的cucrnb復(fù)合粉體具有高激光吸收和光熱轉(zhuǎn)換能力，有效提高增材制造過程中對(duì)激光的吸收率，進(jìn)而提高了增材制造的效率，降低能耗，同時(shí)增材制造過程中形成的熔池連接性較好，減小增材制造成型件的孔隙率，從而改善增材制造成型件的致密度以及綜合性能。

15、3、針對(duì)高cr、nb含量的cucrnb粉末中易生成大量cr2nb團(tuán)聚影響復(fù)合材料力學(xué)性能，以及低cr、nb含量的cucrnb粉末中因cr2nb增強(qiáng)相數(shù)量不足而強(qiáng)化作用有限的矛盾問題，本發(fā)明在低cr、nb含量的cucrnb粉末中引入高熔點(diǎn)、高導(dǎo)電的陶瓷增強(qiáng)相l(xiāng)ab6，由于lab6具有與液態(tài)銅較小的潤(rùn)濕角，且低溫下在銅基體中幾乎沒有固溶度，在增材制造的超高能量密度和高冷卻速率下，熔點(diǎn)大于2200℃的lab6快速溶解并以納米尺寸析出彌散分布在銅基體中，同時(shí)cucrnb粉末中生成的cr2nb增強(qiáng)相在該過程進(jìn)一步細(xì)化，從而增加納米尺寸增強(qiáng)相的種類和數(shù)量，兩者協(xié)同起到析出、彌散強(qiáng)化釘扎位錯(cuò)和阻礙晶界遷移的作用，大大提高了銅基復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，使得銅基復(fù)合材料在熱暴露后仍舊表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度，并保留了優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電能力。

16、4、本發(fā)明以lab6作為增強(qiáng)相，采用高能量密度的增材制造方法，該過程中高熔點(diǎn)的lab6隨冷卻先以納米尺寸快速析出，隨后納米cr2nb快速析出，保證了各納米相分散均勻且分別析出避免團(tuán)聚，提高了納米析出相的數(shù)量，從而充分發(fā)揮低含量的cr2nb和lab6的雙重優(yōu)勢(shì)，提高了銅基復(fù)合材料的室溫和高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和高熱導(dǎo)率。

17、5、本發(fā)明銅基復(fù)合材料中引入的lab6陶瓷增強(qiáng)相具有更高的熔點(diǎn)和極低的固溶度，在銅基復(fù)合材料的高溫服役工況下，當(dāng)部分cr2nb或cr納米增強(qiáng)相逐漸失效時(shí)，高熔點(diǎn)的lab6陶瓷增強(qiáng)相仍能提供強(qiáng)化作用，保證了銅基復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能。

18、6、本發(fā)明通過控制cucrnb粉末與lab6粉末的比例，合理調(diào)配cr2nb和lab6陶瓷增強(qiáng)相的含量配比，改善lab6和cr2nb協(xié)同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的強(qiáng)度、塑性、熱穩(wěn)定性等作用，從而均衡調(diào)配銅基復(fù)合材料的綜合性能滿足使用需求，同時(shí)結(jié)合時(shí)效熱處理消除銅基復(fù)合材料內(nèi)應(yīng)力，繼續(xù)促進(jìn)強(qiáng)化相納米cr2nb或cr的析出，進(jìn)一步優(yōu)化銅基復(fù)合材料的綜合性能。

19、下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。