[发明专利]高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法

说明书

本发明公开了高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，将原料Fe、Cu、Cr、Zr加入混料机中进行混合后置于刚性模具中压制得到高熵合金坯体，然后自上而下依次按照CuW合金、高熵合金坯体、CuCr合金的顺序叠放置于石墨坩埚内，在烧结炉中依次进行固相烧结、液相连接，即得到CuW/CuCr复合材料。本发明通过引入四组元的高熵合金来实现异质材料CuW与CuCr之间的连接，改善Cu/W相界面的结合方式，并抑制界面处脆性金属间化合物相的形成，提高界面结合强度。

技术领域

本发明属于异质材料制备技术领域，涉及高熵合金浸渗连接CuW和 CuCr材料的方法。

背景技术

特高压电网的关键设备电容器组断路器要求高频次开断。频繁的投切，CuW/CuCr整体材料频繁受到机械载荷和热载荷的共同作用，使得界面产生裂纹并沿Cu/W相界面进一步扩展，最终导致整体材料沿结合面破坏，造成CuW端脱落。因此，如何提高CuW/CuCr异质材料界面的结合强度与抗高温软化能力，成为延长电容器组开关的服役寿命的关键技术。

CuW/CuCr结合面主要由大量的Cu/W相界面构成。而且Cu、W两相互不相溶，不能形成牢靠的冶金结合，只能以机械啮合力的形式存在。

发明内容

本发明的目的是提供高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，解决了现有技术中存在的CuW/CuCr复合材料在特高压服役条件下，由于界面结合强度低的问题。

本发明所采用的技术方案是，高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按原子百分比分别称取如下原料：

Fe 10％-40％、Cu 5％-35％、Cr 5％-35％、Zr 10％-40％，以上元素的原子百分比之和为100％；

步骤2、将步骤1中称取的原料和过程控制剂加入混料机中进行混合，混合均匀后得到混合物，将混合物置于刚性模具中压制得到高熵合金坯体；

步骤3、将CuW合金预结合端部加工平整并清洗干净后烘干备用，截取铬青铜合金棒材，选择截取的机加工面作为CuCr合金预结合面，清洗后晾干备用；

步骤4、将步骤2得到的高熵合金坯体和步骤3得到的CuW合金和CuCr 合金自上而下依次按照CuW合金、高熵合金坯体、CuCr合金的顺序叠放于坩埚中；

步骤5、将坩埚置于烧结炉中进行加热，对高熵合金进行固相烧结，结束后，再进行异质材料的液相连接，冷却后即可得到CuW/CuCr复合材料。

本发明的特点还在于：

步骤1中Cu、Cr、Fe、Zr的粒度均为50-400目，纯度均为99.9％。

步骤2中过程控制剂为无水乙醇、丙三醇、丁二醇或硬脂酸中的一种。

步骤2中混合的球料比为10-40:1，混合时间为8-12h。

步骤2中压制的压力为100Mpa-400 Mpa，保压时间为30-60s，高熵合金坯体的高度为0.5-3mm。

步骤3中CuW合金预结合端部设有与高熵合金坯体相适配的凹槽。

步骤3中CuW合金和CuCr合金的清洗使用KQ-50DE型数控超声波清洗器，清洗温度为15-25℃，先用丙酮清洗剂清洗15-30min，再用酒精清洗剂清洗15-30min。

步骤5中固相烧结的加热速率为5-30℃/min，温度为800-1100℃，保温时间2-5h。

步骤5中固相烧结结束后，以5-30℃/min的加热速率加热，在 1200-1500℃进行液相连接，保温时间为1-5h，然后以5-30℃/min的冷却速率冷却至800～1000℃，之后随炉冷却至室温。