[發明專利]一種原位內生非晶顆粒增強銅合金材料

有效

• 申請號: 202110182520.9
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113061778B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 何杰;孫小鈞;張麗麗;江鴻翔;趙九洲
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C9/00;C22C1/02;B22D23/00;B22D11/06;B22C9/06
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于銅合金及其復合材料設計與制備技術，具體地說是一種原位內生非晶顆粒增強銅合金材料。該材料包括合金元素Cu和Ni(或Fe、Co)，以及添加的促進Cu和Ni(或Fe、Co)發生分離的合金元素Nb、Ta、Sn和B(或Si、B、C、Cr、Mo、Co、Ni，和Nb，Ta、B、Si、C、Nb、Fe和Mo)。合金熔體在快速冷卻過程中先發生液相分解，形成Cu合金和Ni合金(或Fe合金、Co合金)兩液相，基體液相Cu合金和第二液相Ni合金(或Fe合金、Co合金)分別結晶凝固和非晶轉變，原位內生形成非晶顆粒增強銅合金材料。本發明的原位內生非晶顆粒增強銅合金材料中，增強相與金屬基體界面結合良好、材料致密性高，界面處無脆性相產生。

技術領域

本發明屬于銅合金及其復合材料設計與制備技術，具體地說是一種原位內生非晶顆粒增強銅合金材料。

背景技術

純銅具有高的熱導率、電導率及優良的工藝性能，是大多數電子元器件的基礎材料。但是，純銅本身強度和硬度均較低，熱膨脹系數較高，難以滿足實際應用需求。因此，如何在保持較高電導率水平的前提下大幅度提高其強度已成為銅材領域研究開發的要點。為了滿足科技和工業快速發展的需求，陶瓷粒子(如：Al₂O₃、SiC)或纖維(如：W)，作為增強體加入金屬銅中形成銅基復合材料：參見中國專利(專利號CN201610584289.5，公開號CN106048275A)，《一種陶瓷相彌散強化銅合金的制備方法》；參見中國專利(專利號CN201811571224.2，公開號CN109440024A)，《鎢纖維/銅基復合板的制備方法》。這些高強度增強體可以在保持一定原有銅合金塑性的基礎上，提高合金的硬度。但是陶瓷強化相與銅基體相物理化學性能相差較大，不可避免地會帶來一些問題，如：陶瓷與金屬基體熱膨脹系數相差較大，導致陶瓷與金屬界面結合較差。

非晶態合金由于具有高強度、高硬度和優良的耐磨耐腐蝕性等優異性能，近年來被廣泛用作復合材料的增強體。非晶合金相較于陶瓷等增強體，與基體金屬具有較好的潤濕性，從而改善增強體與基體之間的界面結合。參見中國專利(專利號CN201811298708.4，公開號CN109439937A)，《一種鍍鎳非晶合金顆粒增強鋁基復合材料的制備方法》，報道了外加預制的鎳基非晶顆粒增強鋁基復合材料。從國內外的研究報道中，制備非晶相增強金屬基復合材料的方法主要是粉末冶金和滲鑄等。其中，粉末冶金法，即將預先制備好的非晶粉末與合金粉末按一定比例均勻混合后，通過高能球磨等使粉末經受反復的變形、破碎，從而使增強體彌散分布在合金基體中，參見中國專利(專利號CN201610171752.3，公開號CN105803236A)，《一種非晶合金增強的鋁基復合材料及其制備方法》；滲鑄法，即金屬合金熔體澆鑄到自非晶薄帶構架的空間內，凝固后的形成非晶與基體金屬復合結構，參見期刊論文：《滲鑄法制備Ni-Nb-Ta金屬玻璃增強鋁基合金基復合材料》，材料快報(英文)，第50卷，2004年。這些外加非晶相的方法，都是針對低熔點的輕合金如鋁合金、鎂合金等；在粉末冶金和滲鑄過程中非晶相極易發生晶化，非晶與金屬基體易形成脆性反應層，以及材料的致密性不促等問題；粉末冶金制備工序復雜，生產周期長、成本高；對熔點高的合金無法使用滲鑄制備非晶相增強金屬基復合材料。雖然發明專利(專利號CN200710010038.7，公開號CN101220445A)公開了一種非晶態合金球形粒子/晶態合金基復合材料及其制備方法，但是沒有明確公開原位內生非晶增強銅合金及其合金成分。

發明內容

本發明的目的在于提供一種原位內生非晶顆粒增強銅合金材料，一方面解決銅合金及其復合材料制備方法中存在的瓶頸問題，另一方面解決非晶合金難以用于增強銅合金的問題。

本發明的技術方案是：