[发明专利]Cu-Ni梯度材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种梯度材料，尤其是一种Cu-Ni梯度材料及其制备方法。

背景技术

梯度材料作为一种新型材料被应用到核能、生物医学、机械、石油化工、信息、民用及航空航天领域。梯度材料的关键特点是控制界面的成分和组织连续变化，使两种或几种性能不同的材料很好的连接起来，从而改善材料的使用性能和寿命。Cu-Ni梯度材料具有良好的耐海水腐蚀和耐高温抗氧化性，在海洋工程和航空航天领域中具有广泛是应用前景。

Cu-Ni梯度材料的制备研究目前国内外尚无报道，但在Cu-Ni合金材料的制备方面国内有较少的报道。目前，国内外Cu-Ni合金材料的制备方法主要有电弧熔炼法(CA)、机械合金化法(MA)、固相烧结法和液相还原法。

《稀有金属材料与工程》2005年第4期报道了《不同方法制备的Cu-Ni合金氧化行为研究》，其采用电弧熔炼法(CA)和机械合金化法(MA)制备了晶粒尺寸差别较大的Cu-Ni固溶体合金，并研究了它们在800℃空气中的氧化行为。结果表明：MACu-50Ni 合金的氧化速率高于CACu-50Ni合金；而MACu-70Ni合金的氧化速率却低于CACu-70Ni合金。合金表面氧化膜外层均是CuO层，但相邻的内层则差别较大。其中，CACu-50Ni，CACu-70Ni和MACu-50Ni合金的内层是Cu₂O和NiO的混合氧化物层，而MACu-70Ni合金内层则是较厚且致密均匀的NiO层。晶粒细化促使合金表面氧化膜内层由Cu₂O和NiO的混合氧化物层向单一的NiO层转变。根据Wagner给出的公式进行计算Cu-Ni合金中发生由Cu₂O和NiO的混合氧化物到单一的NiO氧化物转变所需的临界浓度C_Ni在0.47～0.86之间变动。实验表明，即使CA合金中Ni的含量达70at%，合金表面仍没能实现由Cu₂O和NiO混合氧化物层向单一的NiO膜的转化。所以，要实现合金表面Cu₂O和NiO的混合氧化物到单一的NiO氧化物转变必须使合金表面的Ni含量达到很高的程度，同时，为了保持材料的良好塑性和导电性，还必须要求材料内部具有较高的Cu含量。因此，Cu、Ni含量具有梯度变化的材料是电弧熔炼法(CA) 和机械合金化法(MA)无法制备的。

《有色金属》2004年第1期报道了《Cu-Ni合金的粉末共渗制备法》，其用固相烧结法将铜粉和镍粉制成块状试样，按照Cu-10Ni，Cu-30Ni，Cu-70Ni，Cu-90Ni五种配比混合铜粉和镍粉，各种铜和镍混合粉在100kN预压、300kN温压，800℃烧结、保温15h条件下共渗形成了Cu-Ni合金。研究表明，采用这种方法制备的Cu-Ni合金密度和硬度分别分布在7.7～7.5kg/m³和50～163HV之间。尽管这种方法消除了Cu-Ni合金的枝晶偏析现象，但是这种方法制备Cu-Ni合金工艺复杂，生产效率低下，合金材料的致密度和硬度也相对较低，材料的抗氧化性不是很好，不能制备出Cu、Ni含量具有梯度变化的材料。

《沈阳师范大学学报：自然科学版》2006年第1期报道了《液相还原法制备纳米Cu-Ni合金粉末》，其在液相水合联氨还原法工艺基础上，采用反应体系温度70℃，还原剂浓度[N₂H₄·H₂O]=3.00mol/L，反应物浓度[CuSO₄]=1.50mol/L，反应的pH=8.00的改进工艺成功制备出了平均粒径为90nm的黑色无定形纳米级Cu-Ni合金粉末，为制备具有更高机械性能的Cu-Ni合金提供了前提条件。但是，采用这种方法仍然不能制备出Cu、Ni含量具有梯度变化的材料。

上面的分析表明，目前尚无Cu-Ni梯度材料及其制备方法，即使在制备与此材料类似的Cu-Ni合金材料上也存在如下的不足：（1）制备过程中不能制备出合金表面具有高镍含量的梯度材料；（2）如果过高提高Cu-Ni合金中Ni的成分就会导致材料丧失良好的导电性和机械韧性；（3）不能够制备出既具有良好的高温抗氧化性又具有良好的导电导热性和机械性能的材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有梯度变化的Cu-Ni梯度材料；本发明还提供了一种该Cu-Ni梯度材料的制备方法。