[发明专利]一种非计量比TiC增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非计量比TiC增强铜基复合材料及其制备方法，属于冶金复合材料技术领域，所述复合材料按质量比由1～5wt%非计量比TiC颗粒和余量的基体铜合金组成；所述基体铜合金为Cu‑Ni‑Sn‑Si合金。制备步骤如下：将Ti₂SnC、Ti₃SiC₂及Cu粉末真空原位反应烧结制备非计量比TiC/Cu中间体材料；将Cu置于真空感应熔炼炉中，待Cu完全溶化后，将Ni、TiC/Cu中间体材料、Sn及Si依次加入到真空感应熔炼炉中熔炼，得非计量比TiC/Cu‑Ni‑Sn‑Si粉体材料，再将TiC/Cu‑Ni‑Sn‑Si粉体材料进行气雾化处理，得预合金粉；（3）将预合金粉进行球磨、冷压制坯、真空烧结、挤压和热处理后，即得TiC/Cu基复合材料。本发明中制备的非计量比TiC增强铜基复合材料具有良好的强度、低摩擦系数及高耐磨性等优点。

技术领域

本发明涉及冶金复合材料技术领域，尤其涉及一种非计量比TiC增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

很早以前人们就开始在Cu中添加TiC等陶瓷颗粒的研究，以制备高强度耐高温Cu基复合材料。然而，TiC和Cu的相互溶解度很小，Cu对TiC的润湿性较差，即使在高温下润湿角仍较大，在1200℃的真空状态下，润湿角为109°，这不利于形成良好的界面结合，且由于微细增强颗粒间存在较大的表面能作用，在固化时极易团聚，很难在基体中制备出均匀分布的小尺寸增强相，阻碍了TiC/Cu基复合材料综合性能的提高。非计量比TiCx相不仅具有TiC优良的的性能特征，还可与铜发生良好的润湿，随着x值的减小，润湿角逐渐减小，当x＝0.5时，两者的润湿角接近0°，达到完全润湿。以非计量比TiCx代替TiC颗粒制备铜基复合材料将有可从根本上克服增强相弥散和增强相/基体间的界面问题。

目前，常规原位直接反应体系产生非计量比TiCx相的方法至少存在两个问题：(1)TiCx的生成能随着x值降低而迅速增大，反应产物倾向于TiC，而不是非计量比的TiCx，因此难以避免TiC相的存在；(2)反应难以充分进行，不可避免残留反应相的存在，往往都会有未完全反应的石墨相，石墨与Cu之间天然的不浸润，残留的石墨与Cu基体很难形成强的界面，影响材料的性能。因此，开发新的原位反应方法制备纯净非计量比TiCx相成为制备高性能TiCx/铜基复合材料的重要问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种强度大、耐磨性高且塑性良好的非计量比TiC增强铜基复合材料及其制备方法。本发明通过将Ti₂SnC、碳化硅钛及铜粉真空原位反应烧结制备成TiC/Cu中间体材料，将中间体材料进行气雾化处理后，再依次进行球磨、冷压制坯、真空烧结、挤压和热处理后，即得TiC/Cu基复合材料，该方法制备的TiC/Cu基复合材料具有良好的强度和耐磨性。

为了解决上述技术问题,本发明提供了一种非计量比TiC增强铜基复合材料，所述复合材料按质量比由1～5wt％非计量比TiC颗粒和余量的基体铜合金组成；所述基体铜合金为Cu-Ni-Sn-Si合金。

进一步地，所述基体铜合金含有如下质量比的成分：7～8.5wt％Sn、0.15～0.4wt％Si、14.5～15.5wt％Ni、Fe≤0.3wt％、Zn≤0.3wt％、Mn≤0.12wt％、Nb≤0.08wt％、Pb≤0.02wt％、杂质≤0.5wt％、余量为Cu。

进一步地，所述基体铜合金含有如下质量比的成分8wt％Sn、0.25wt％Si、15wt％Ni、Fe≤0.3wt％、Zn≤0.3wt％、Mn≤0.12wt％、Nb≤0.08wt％、Pb≤0.02wt％、杂质≤0.5wt％、余量为Cu。

本发明还提供了一种非计量比TiC增强铜基复合材料的制备方法,具体步骤如下：