[发明专利]真空电弧熔炼制备FeCoNiCu高熵合金与TiC颗粒复合增强铜基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种真空电弧熔炼制备FeCoNiCu高熵合金与TiC颗粒复合增强铜基复合材料的方法，其步骤为：先制备反应试样，将压坯试样与铜块装入真空熔炼炉中，抽真空后通过调节电流改变电弧的强弱使试样达到熔融状态，反复熔炼三遍使试样达到均匀熔化，待反应结束后冷却取出，得到微纳颗粒FeCoNiCu高熵合金与TiC复合增强铜基复合材料。本发明工艺采用真空熔炼的方式合成铜基复合材料，得到的增强体与基体之间润湿性良好，节能省时且工艺操作简单、安全可靠、环境友好，与常规烧结方法相比，样品的致密度、拉伸强度大大提高。

技术领域

本发明涉及一种FeCoNiCu HEA与TiC颗粒复合增强铜基复合材料的电弧熔炼反应合成方法，属于材料制备领域。

背景技术

真空电弧熔炼是利用电能在电极与电极或电极与被熔炼物料之间产生电弧来熔炼金属的电热冶金方法。该方法生成增强体的反应温度比传统加热生成增强体的温度要高，制备的试样组织致密性良好。该方法即环保无无人又操作简单稳定性良好，同时又具有增强体分布均匀，集体结合紧密等优点。最为重要的是制备的材料性能更加优越，成型能力强。高熵合金是一种新型材料，具有高强度，良好的结构稳定性和可塑性，TiC是一种硬质耐火陶瓷，具有很高的熔点、高硬度、高杨氏模量、高化学稳定性等优点。利用其高硬度和高电性可制备陶瓷基硬质合金和作为增强相来制备高强度和高电性能的金属基复合材料。通过在铜基体中添加高熵合金与陶瓷颗粒，可以大大提高材料的拉伸强度。

目前，文献（Bagheri G A. The effect of reinforcement percentages onproperties of copper matrix composites reinforced with TiC particles[J].Journal of Alloys Compounds, 2016, 676:120-126.）以Ti-C-Cu粉末为原料，利用机械合金化法合成Cu-TiC复合材料，但反应过程受外界影响因素较大，球磨介质材料易带来污染和粉末的氧化问题难以解决。文献（李月英, 倪慨宇, 祝夫文. TiC颗粒增强铜基复合材料的研究[J]. 粉末冶金技术, 2018(2).）以电解铜粉和TiC粉为原料采用粉末冶金法获得复合材料，但形成的颗粒均为粗大，因而存在界面结合问题，并存在着增强相加入困难、工艺复杂、成本昂贵、且难以避免增强体团聚。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FeCoNiCu 高熵合金与TiC颗粒增强铜基复合材料的真空电弧熔炼反应合成方法，该方法操作简单、安全可靠、节能省时、环境友好，且微纳尺寸TiC增强颗粒为原位反应生成。表面无污染、界面干净，可显著提高材料的强度，从而为金属基复合材料提供新型增强体。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种FeCoNiCu HEA与TiC颗粒复合增强铜基复合材料的电弧熔炼反应合成法，通过电弧加热引发复合材料中钛粉、碳粉的反应，自生成TiC增强体，同时完成整体材料的熔炼，具体包括如下步骤：

第一步、将高纯的Fe、Co、Ni、Cu、Ti、C粉混合后球磨，其中，混合比例按照目标复合材料所需的TiC增强体的体积分数调整；

第二步、将球磨后的粉体干燥，挤压成坯样，将坯样与65%体积分数的铜块置入真空熔炼炉中，抽真空；

第三步、真空电弧熔炼至熔融状态，上下面反复熔炼三遍至其均匀，保温5-10min后，停炉冷却至100-200℃，得到所需的铜基复合材料。

进一步的，第一步中，Fe、Co、Ni、Cu为等摩尔比。

进一步的，第一步中，增强体TiC体积分数按照5%-15%调整，更优选的，增强体TiC体积分数按照15%调整时增强效果最佳。

进一步的，第一步中，球磨转速为250-300p.r.m，球磨时间为4~8h。

进一步的，第二步中，干燥温度为100~110℃，干燥时间为2小时，挤压压力为180MPa。