[發明專利]一種具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310529005.2
• 申請日: 2023-05-11
• 公開（公告）號: CN116511483A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 顧及;吳宇凡;宋旼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/03;B22F3/10;C22F1/08;C22C1/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發明提供了一種具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復材及其制備方法，所述銅鋁合金層狀復合材料由Cu?xAl層與Cu層交替分布，其中2≤x≤10，所述Cu?xAl層與Cu層的層間具有梯度層錯能的過渡界面。所述制備方法以銅和銅鋁合金粉末為原料，采用粉末冶金制備工藝并進行熱處理及變形加工處理制備得到具有梯度層錯能界面的銅鋁合金復材。通過上述工藝制備得到的銅鋁合金層狀復材由于具有一定厚度的梯度層錯能過渡界面，其性能優于純銅及單一成分的銅鋁合金。本發明公開的具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復材制備流程簡便易行可控，能夠實現大規?；纳a。

技術領域

本發明屬于粉末冶金及復合材料領域，具體涉及一種具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術和經濟社會的高速發展，在實際應用中對金屬結構材料的強度和塑性這兩個重要的性能指標提出了更高的要求。層狀材料通常被用來設計制備同時兼具強度和塑性或特殊使用需求的復合材料。目前通常被用來制備層狀復合材料的方法包括：爆炸焊接復合法、累積疊軋復合法、層間原位反應復合法、固-液鑄軋法等。通常層狀材料的界面處容易形成宏觀缺陷或生成脆性金屬間化合物，因此通常是層狀材料最薄弱的地方。薄弱的界面以及界面處的孔洞及脆性金屬間化合物嚴重影響了層狀復合材料的實際使用。

因此，若能形成梯度的過渡界面并避免脆性金屬間化合物的形成，將不僅可以緩解界面處的應力集中，并在強化層狀復合材料的同時擁有優異的塑性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的第一個目的在于提供一種具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復合材料。

本發明的第二個目的在于提供一種具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復合材料的制備方法。通過粉末冶金技術制備，并控制后續熱變形工藝實現梯度層錯能過渡界面引入，解決目前層狀復合材料界面薄弱的問題。該工藝過程簡單高效，并節約了生產成本。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一種具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復合材料，所述銅鋁合金層狀復合材料由Cu-xAl層與Cu層交替分布，其中2≤x≤10，優選為2≤x≤8，所述Cu-xAl層與Cu層的層間具有梯度層錯能的過渡界面。

本發明所提供的銅鋁合金層狀復合材料，層間具有梯度層錯能的過渡界面，該過渡區域內的Al含量是以線性梯度的形式均勻分布，由于Cu-Al合金中隨Al含量增加而降低，所以該過渡界面同時也具有梯度層錯能分布的界面區域，該過渡界面的存在，能夠協調層與層間的塑性變形，增加層狀合金的加工硬化能力，可以緩解界面處的應力集中，并使得銅鋁合金層狀復合材料兼具優異的強度與塑性。

優選的方案，所述過渡界面的厚度≥40μm，優選為40～60μm。

優選的方案，所述銅鋁合金層狀復合材料由Cu-6Al層與Cu層交替分布。

發明人發現，當銅鋁合金層狀復合材料由Cu-6Al層與Cu層交替分布時，最終所得材料的性能最優。

優選的方案，所述銅鋁合金層狀復合材料的層數≥2層，優選為2～10層，更進一步優選為2～6層。

本發明一種具有梯度層錯能界面的銅鋁合金層狀復合材料的制備方法：在模具內交替鋪設Cu-xAl合金粉和Cu金屬粉末，壓制成型獲得銅鋁合金層狀復材生坯，燒結獲得銅鋁合金復材坯體，將銅鋁合金復材坯體裝入包套中，進行熱軋制處理，退火處理，即得層狀結構銅鋁合金。

本發明的制備方法，采用Cu-xAl合金粉和Cu金屬粉末為層狀結構的基本組成部分，采用高溫燒結以及高溫軋制工藝制備了層狀Cu-Al合金，由于層與層之間的成分存在差異，在高溫條件下致使元素發生熱擴散效應，但是由于擴散能力有限，只在一定寬度的區域發生擴散形成了元素與層錯能雙重梯度的過渡界面。