[發明專利]一種高強韌耐磨高熵銅合金

在審

• 申請號: 201811404733.6
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109338202A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 張愛軍;孟軍虎;韓杰勝;蘇博
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C1/02;C22C1/04
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 李艷華

本發明涉及一種高強韌耐磨高熵銅合金，其特征在于：該合金采用熔煉方法或粉末冶金方法制成，其成分為(CuMnNi)_1?xM_x；所述Cu、Mn、Ni三種元素的含量接近等原子比，其原子比為0.7~1.3；所述M是指Zn、Sn、Al、Pb、Be和P元素中的一種或幾種；所述x為M的質量百分數，其取值范圍為0~45%。本發明具有優異的強度、硬度、塑性、韌性和耐磨性，從而克服了常規耐磨銅合金在其耐磨性和塑韌性之間難以達到綜合平衡的矛盾，是重載、高溫和強沖擊等苛刻工況中應用的齒輪、蝸輪、蝸桿、軸瓦、導軌和軸套等耐磨零部件的最佳候選材料，在礦山冶金、航空航天、汽車、能源和裝備制造等領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及合金技術領域，尤其涉及一種高強韌耐磨高熵銅合金。

背景技術

銅及其合金是工業領域中應用最為廣泛的金屬材料之一，其中耐磨黃銅和耐磨青銅是最為常用的兩類耐磨銅合金，主要用于制造齒輪、蝸輪、蝸桿、軸瓦、導軌和軸套等耐磨零部件。耐磨黃銅是在銅鋅合金的基礎上通過添加少量的Mn、Al、Fe、Co、Ti、Sn、Ni、Pb和Si等元素，一方面通過固溶強化作用，提高其中α固溶體相的強度和硬度，另一方面通過擴大β相區，增加合金中高強度的β有序固溶體相的相對含量，此外，這些合金元素能夠在合金中形成彌散分布的金屬間化合物硬質耐磨相，這三者的共同作用使合金具有良好的耐磨性。常用的耐磨青銅主要有錫青銅、鈹青銅和鋁青銅等。耐磨青銅的設計思路通常是通過調控成分和熱處理工藝，使合金中形成大量的β相、δ相和γ₂相等有序相或金屬間化合物，并降低其中α固溶體相的相對含量，從而使合金具有高硬度、高強度和優異的耐磨性。

但無論是耐磨黃銅還是耐磨青銅，為了獲得良好的耐磨性，其顯微組織中必須含有大量的有序相或金屬間化合物，而有序相或金屬間化合物的存在惡化了材料的塑性和韌性，使其在重載或強沖擊等工況下容易發生破碎、斷裂等災難性的后果。此外，這種以單一的Cu元素為基體，通過添加少量的其他合金元素獲得的耐磨銅合金高溫強度欠佳，使其在相對較高的環境溫度（如500℃以上）下難以適用。因此，在常規合金設計理念的指導下，已經很難再獲得兼具良好強度、硬度、塑性和韌性的耐磨銅合金，開發新型的高強韌耐磨銅合金成為目前工業領域迫切的需要。

高熵合金的概念最早由我國臺灣科學家葉鈞蔚教授于1995年首次提出，通常是指多種接近等原子比的金屬（或非金屬元素）混合而成的一種新型合金，其通常由簡單的無序固溶體相組成。由于多種金屬元素混合后產生的高熵效應抑制了脆性金屬間化合物的形成，使得高熵合金具有優異的強度、塑性、韌性和耐磨性，以及優異的高溫力學性能。但目前尚無有關高熵銅合金的相關報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種性能優異的高強韌耐磨高熵銅合金。

為解決上述問題，本發明所述的一種高強韌耐磨高熵銅合金，其特征在于：該合金采用熔煉方法或粉末冶金方法制成，其成分為(CuMnNi)_1-xM_x；所述Cu、Mn、Ni三種元素的含量接近等原子比，其原子比為0.7~1.3；所述M是指Zn、Sn、Al、Pb、Be和P元素中的一種或幾種；所述x為M的質量百分數，其取值范圍為0~45%。

該合金主要由面心立方（FCC）結構的α固溶體相、體心立方（BCC）結構的β固溶體相、有序相或金屬間化合物組成。

所述熔煉方法是指電弧熔煉、感應熔煉、電子束熔煉和激光熔覆中的任意一種。

所述粉末冶金方法是指無壓燒結、熱壓燒結、放電等離子燒結、微波燒結和感應燒結中的任意一種。

本發明與現有技術相比具有以下優點：