[發明專利]一種兼具彌散和沉淀強化的含Fe銅基材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210631207.3
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN114807670B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 王英敏;張吉亮;羌建兵;張駿峰;陳旭洲;朱頡;馮凱霖;魏明玉;房燦峰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大連交通大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/10;C22C1/02;C22C32/00;B22F9/08
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

一種兼具彌散和沉淀強化的含Fe銅基材料及其制備方法，首先，采用感應熔煉與熔體霧化技術，制備比重與基體合金接近的含ZrO₂與含Fe沉淀相混合物的銅基合金粉體中間材料；然后，選擇一定大小的中間材料粉體，與工業純銅一起為原料，配置目標合金；最后，采用感應熔煉技術，熔鑄制備公斤級的具有彌散和沉淀雙強化特征的含Fe銅基合金。含Fe銅基材料的組織特征是銅合金基體上均勻、彌散分布著不同數目密度的納米ZrO₂氧化物和含Fe沉淀相粒子。本發明合成出的含Fe耐蝕新型銅合金材料具備了DS?Cu性能以及PH?Cu制備工藝優勢，且成本低、重復性好，氧化物顆粒與沉淀相的大小與含量可有效調控；整體工藝過程簡單、高效、可控，易于實施工業化規模生產。

技術領域

本發明涉及一種兼具彌散和沉淀強化的含Fe銅基材料及其熔鑄制備方法，屬于金屬基復合材料制備領域。

背景技術

高強高導銅合金材料在核聚變、航空航天、軌道交通和集成電路等領域具有廣泛的應用。高強高導銅合金主要包括彌散強化銅(DS-Cu)合金和沉淀強化銅(PH-Cu)合金兩大類。

DS-Cu通過原位或非原位的方法將具有高熔點、高硬度以及高化學惰性的陶瓷顆粒(如氧化物、碳化物等)彌散分布于Cu中獲得彌散強化。DS-Cu的彌散強化相種類眾多，包括氧化物(Al₂O₃、(Y,La,Ce,Gd)₂O₃、ZrO₂等)、碳化物(WC、VC、TiC、NbC和TaC等)和硼化物(TiB₂、CrB₂和ZrB₂等)。這些強化相粒子在保證合金電導率的同時，通過彌散強化和晶界釘扎機制提高合金的蠕變強度。然而，DS-Cu合金的制備工藝非常復雜，合金胚錠主要通過粉末冶金獲得，隨后輔以塑性加工來改善致密度和調控組織，包含了熱擠、冷拔，退火等多道工序。目前DS-Cu規模化生產困難，國內尚無工業化生產能力，不能滿足實際工程應用需求。

PH-Cu合金通過高溫固溶一定量的合金化元素，隨后進行熱機械加工和低溫時效處理以獲得沉淀強化；PH-Cu典型體系為CuCrZr，它是目前聚變堆主要的候選熱沉材料。CuCrZr合金規模制備技術成熟，其制備工藝流程主要包括：真空熔鑄-均勻化處理-熱軋-固溶處理-冷加工-時效。CuCrZr合金用作熱沉材料面臨的最大挑戰是其沉淀相的熱穩定性差。當溫度升高到450℃，CuCrZr合金的抗拉強度將迅速下降到300MPa以下，延伸率不足10％。另一方面，在焊接、熱等靜壓等部件加工過程中，沉淀相粒子不可避免發生回溶、粗化，也將造成力學強度和導熱率的顯著降低。

在抗中子輻照性能方面，低劑量中子輻照可導致PH-Cu的導熱率顯著下降、沉淀相相變和組織劣化，而DS-Cu耐中子輻照性能整體優于PH-Cu。服役過程中，熱沉銅合金管中的冷卻水受到中子輻照，在高溫和輻照水共同作用下，管材表面會發生嚴重的氧化和納米多孔化，易誘發裂紋發生與擴展，致使部件失效。因而，高溫下組織和力學性能穩定性和耐輻照水的腐蝕性是聚變堆用銅合金必須兼顧解決的問題。

發明內容

針對目前存在的DS-Cu規模化制備困難、PH-Cu高溫組織/性能穩定性差和耐輻照水腐蝕性能要求，本申請設計、發明了一種兼具彌散和沉淀強化效應的耐蝕銅合金及其制備方法，獲得了具有高導電率、良好高溫力學性能與耐腐蝕的銅基合金材料。