[發明專利]一種高熵合金熔滲制備CuW/CuCr復合材料的方法

在審

• 申請號: 202110380938.0
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113290229A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 楊曉紅;張寶察;梁淑華;鄒軍濤;肖鵬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B22D19/04
• 分類號: B22D19/04;C22C1/04;C22C30/02;H01H1/025;H01H11/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 戴媛

本發明公開了一種高熵合金熔滲制備CuW/CuCr復合材料的方法，按照一定的原子百分比稱取Mn、Fe、Cu、Cr、Co原料，加入混料機中進行混合后置于剛性模具中壓制得到高熵合金坯體，然后自上而下依次按照CuW合金、高熵合金坯體、CuCr合金的順序疊放置于石墨坩堝內，在燒結爐中依次進行固相燒結、液相連接，即得到CuW/CuCr復合材料。本發明通過引入五組元的高熵合金來實現異質材料CuW與CuCr之間的連接，改善Cu/W相界面的結合方式，并抑制界面處脆性金屬間化合物相的形成，提高界面結合強度。

技術領域

本發明屬于異質材料制備技術領域，涉及一種高熵合金熔滲制備CuW/CuCr復合材料的方法。

背景技術

隨著我國全面建成特高壓電網，輸變電設備將逐步向特高壓應用領域轉型。CuW/CuCr復合材料被廣泛應用于高壓電容器組開關的電觸頭中，在特高壓交流輸電工程中，電容器組每年開斷次數達上千次，高頻次的開斷使CuW/CuCr界面產生較大的應力集中，使得界面產生裂紋并沿Cu/W相界面進一步擴展，最終導致整體材料沿結合面破壞，造成CuW端脫落。因此，如何提高CuW/CuCr異質材料界面的結合強度與抗高溫軟化能力，成為延長電容器組開關的服役壽命的關鍵技術。

從微觀角度分析，CuW/CuCr結合面主要由大量的Cu/W相界面，即CuW結合偶和少量的兩側材料所共有的連續銅相構成。而且Cu、W兩相互不相溶，不能形成牢靠的冶金結合，只能以機械嚙合力的形式存在。因為異質材料連接時的機械嚙合力的強度遠遠小于原子間的冶金結合力，所以Cu-Cu結合偶對CuW/CuCr界面結合強度的貢獻較大。因此，提高CuW/CuCr結合面強度的關鍵在于如何提高Cu/W相界面的強度。在異質材料或復合材料的界面引入中間高熵合金夾層，通過中間高熵合金夾層的溶解，向著界面兩側發生擴散，在異質材料的界面上產生冶金擴散反應，能夠改善因物相參數差異較大而造成的失配現象，提高異質材料的界面結合強度或復合材料的界面力學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種高熵合金熔滲制備CuW/CuCr復合材料的方法，解決了現有技術中存在的CuW/CuCr復合材料在特高壓服役條件下，由于界面結合強度低，電容器組開關的服役壽命較短的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種高熵合金熔滲制備CuW/CuCr復合材料的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、按原子百分比分別稱取如下原料：

Mn 5％-25％、Fe 5％-20％、Cu 5％-25％、Cr 5％-35％、Co 5％-25％，以上元素的原子百分比之和為100％；

步驟2、將步驟1中稱取的各原料和過程控制劑加入混料機中進行混合，混合均勻后得到混合物，將混合物置于剛性模具中壓制得到高熵合金坯體；

步驟3、將CuW合金預結合端部加工平整，并將該預結合端部清洗干凈后烘干備用，截取鉻青銅合金棒材，選擇截取的機加工面作為CuCr合金預結合面，清洗后晾干備用；

步驟4、將步驟2和步驟3得到的高熵合金坯體、CuW合金和CuCr合金自上而下依次按照CuW合金、高熵合金坯體、CuCr合金的順序疊放于坩堝中；

步驟5、將坩堝置于燒結爐中進行加熱，對高熵合金進行固相燒結，固相燒結完成后，再進行異質材料的液相連接，冷卻后即可得到CuW/CuCr復合材料。

本發明的特點還在于：

步驟1中Cu、Cr、Co、Fe、Mn的粒度均為50-400目，純度均為99.9％。

步驟2中過程控制劑為無水乙醇、丙三醇、丁二醇或硬脂酸。

步驟2中混合的球料比為10-40:1，混合時間為8-12h。

步驟2中壓制的壓力為100-400Mpa，保壓時間為30-60s，高熵合金坯體的高度為0.5-3mm。