[发明专利]一种原位合成ZrN增强铜基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种原位合成ZrN增强铜基复合材料的制备方法，首先将锆粉在氮气气氛下进行球磨，得到ZrN前驱体；然后将ZrN前驱体和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物；将得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和煅压处理，得到原位合成ZrN增强铜基复合材料。本发明还提供了上述制备方法得到的原位合成ZrN增强铜基复合材料。本发明还提供了由上述制备方法制备得到的原位合成ZrN增强铜基复合材料作为点焊电极材料的应用。本发明提供的方法有效提高了ZrN增强铜基复合材料的硬度和耐磨性能。实施例的结果表明，本发明所述方法制备得到的ZrN铜基复合材料的硬度均高于180HV，电极寿命可达2650点。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，主要涉及原位合成ZrN增强铜基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

电阻点焊是目前车身生产的主要方式。据统计，点焊一点的成本是5美分，生产一辆客车要焊3000点，成本是150美元，其成本的1/2-3/4出自点焊电极的使用和损耗上。在轿车车身装配线上一辆轿车需要焊接7000-12000点。点焊过程中，点焊电极要反复承受机械力和热的作用，不可避免会发生塑性变形。而电极硬度低和耐磨性差会导致塑性变形严重，电极塑性变形的直接结果会导致焊接过程中电流密度降低，进而使焊接过程中产生的焦耳热减少，最终影响焊点质量。可见如果能采取一些行之有效的措施提高电极的硬度和耐磨性能，将会减弱电极的塑性变形性，从而延长电极的使用寿命。

目前，常用的电极材料有铜基复合材料，多使用弥散强化的方法来增强铜基复合材料的硬度和耐磨性。弥散强化是一种通过在基体材料中直接加入增强相，从而提高复合材料硬度的方法。现有技术中，通过弥散强化得到的铜基复合材料的硬度和耐磨性仍然较低，限制着铜基复合材料在点焊电极领域的应用。

发明内容

为了提高铜基复合材料的硬度和耐磨性，本发明提供了一种原位合成ZrN增强铜基复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种原位合成ZrN增强铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锆粉在氮气气氛下进行球磨，得到ZrN前驱体；

(2)将所述步骤(1)得到的ZrN前驱体和纯铜粉进行湿法球磨，得到混合物；

(3)将所述步骤(2)得到的混合物依次进行干燥、冷压成型、烧结和煅压处理，得到原位合成ZrN增强铜基复合材料。

优选的，所述步骤(1)中球磨的转速为300～500转/分，所述球磨的球料比为10～30:1，所述球磨在惰性气氛下进行。

优选的，所述步骤(2)中ZrN前驱体与纯铜粉的质量比为0.5～2:48～50。

优选的，所述步骤(3)中的干燥为真空干燥，所述干燥的温度为80～100℃，干燥的压力为0.01～0.1MPa，干燥的时间为12～24h。

优选的，所述步骤(3)中冷压成型的温度为20～30℃。

优选的，所述步骤(3)中冷压成型的压制方式为双向施压，所述双向施压的总压力为300～500MPa；所述冷压成型的保压时间为1～3min。

优选的，所述步骤(3)中烧结在惰性气氛下进行，所述烧结的温度为900～1050℃；所述烧结的时间为10～30min。

优选的，所述步骤(3)中锻压处理的温度为500～550℃，所述锻压处理的次数为5～10次；所述锻压处理的单次形变量独立地在30％以下。

本发明还提供了由上述制备方法制备得到的原位合成ZrN增强铜基复合材料，包括铜基体和原位合成的ZrN增强相，所述ZrN增强相分散于铜基体的内部和表面。

本发明还提供了由上述制备方法制备得到的原位合成ZrN增强铜基复合材料作为点焊电极材料的应用。