一种高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，该高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛0.05-1.5％，铜合金ZCuSn10Pb1 98.5-99.95％。制备高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料经过搅拌、熔炼、铸造等步骤。本发明专利技术提供的用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料利用碳化钛高硬度，高强度，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好的优势，使得复合材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，从而延长高速涡轮机的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，特别是涉及一种用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料。
技术介绍
国标铜合金材料ZCuSn10Pb1是一种多用途的锡青铜材料，其硬度高、耐磨性极好、不易产生咬死现象、有较好的铸造性能和可切削性、在大气和淡水中具有良好耐蚀性，主要用于制造高负荷(20MPa以下)和高滑动速度(8m/s)下工作的耐磨零件，如连杆、衬套、轴瓦、齿轮、涡轮等。但是随着我国高速铁路的迅速发展，该材料在满足高速机车零部件的制造要求的同时，需要提高其相应的强度，以减少其在一定时间段的磨损量，从而提高其使用年限，减少更换零部件频率，降低相应的运行成本，节约资源。高纯度的碳化钛粉体是一种由二氧化钛与炭黑在通氢气的碳管炉或调频真空炉内，1600℃-1800℃高温下反应制得的一种碳化钛材料。由于碳化钛具有高硬度，强度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好等优势，因此它是硬质合金生产的重要原料，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。综上，将高纯度碳化钛和铜合金ZCuSn10Pb1二者优势结合在一起的新型铜基合金复合材料一定能够在一定程度上满足机车高速涡轮等部件对材料的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，通过改进高纯度碳化钛和铜合金ZCuSn10Pb1之间体积配比以及制备条件，提供一种有效提高铜合金ZCuSn10Pb1强度、耐磨性和耐腐蚀性的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛0.05-1.5％，铜合金ZCuSn10Pb198.5-99.95％。优选地，本专利技术的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛0.05％，铜合金ZCuSn10Pb199.95％。优选地，本专利技术的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛0.8％，铜合金ZCuSn10Pb199.2％。优选地，本专利技术的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛1.5％，铜合金ZCuSn10Pb198.5％。进一步地，所述高纯度碳化钛为粉体颗粒。进一步地，所述铜合金ZCuSn10Pb1由如下重量百分比的组分组成：锡锭9.0-11.5％，磷铜合金0.5-1.0％，杂质总和≤0.75％，其余为铜。本专利技术提供一种用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料的制备方法具有以下步骤：1)制备铜合金ZCuSn10Pb1：将电解铜、磷铜合金，锡锭按照上述的重量比例放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的90％；熔炼温度为1150-1200℃，时间为5-6h；2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金ZCuSn10Pb1液体进行成分检测，以确定其化学组成在上述的范围之内；3)将高纯度碳化钛颗粒按体积百分比为0.05-1.5％放入上述铜合金ZCuSn10Pb1液体的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温度至1200-1250℃并保持50-60min；4)将制作完成的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料在电炉中进行保温，时间为1-1.5h；之后采用连续铸造的方式将此高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料铸造成高强度颗粒增强铜基合金复合棒材，铸造温度为1150-1200℃；5)将铸造完成之后的高强度颗粒增强铜基合金复合棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。进一步地，步骤3中，所述高纯度碳化钛颗粒的体积百分比为0.05％。进一步地，步骤3中，所述高纯度碳化钛颗粒的体积百分比为0.8％。进一步地，步骤3中，所述高纯度碳化钛颗粒的体积百分比为1.5％。采用上述技术方案，本专利技术的有益效果有：本专利技术将高纯度碳化钛粉体通过上述技术手段均匀分布在铜合金ZCuSn10Pb1材料中，利用碳化钛高硬度，强度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好的性能，弥补了铜合金ZCuSn10Pb1材料的缺点，实现铜合金ZCuSn10Pb1材料的性能的进一步提升。本专利技术所得到的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，将其应用在高负荷和高滑动速度下工作的耐磨零件中，从而延长连杆、衬套、轴瓦、齿轮、涡轮机的使用寿命。附图说明图1是本专利技术的用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料的方法的流程图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术提供的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法作进一步说明，但并非限制本专利技术的应用范围。实施例1本专利技术实施例1的用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，各组分的体积百分比为纯度大于98％的高纯度碳化钛粉体0.05％，铜合金ZCuSn10Pb199.95％。本专利技术实施例1的用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料的制备方法，具有以下步骤(如图1所示)：1)制备铜合金ZCuSn10Pb1：按照国标GB/T1176-1987的标准将电解铜、磷铜合金，锡锭按照重量比例放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的90％；熔炼温度为1150℃，时间为5h；2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金ZCuSn10Pb1液体进行成分检测，以确定其化学组成在国标要求范围之内；3)将高纯度碳化钛放入上述铜合金ZCuSn10Pb1液体的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温度至1200℃并保持50min；4)将制作完成的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料在电炉中进行保温，时间为1h；之后采用连续铸造的方式将此高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料铸造成高强度颗粒增强铜基合金复合棒材，铸造温度为1150℃；5)将铸造完成之后的高强度颗粒增强铜基合金复合棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。实施例2本专利技术实施例2的用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，各组分的体积百分比为纯度大于98％的高纯度碳化钛粉体0.8％，铜合金ZCuSn10Pb199.2％。本专利技术实施例2的用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛0.05‑1.5％，铜合金ZCuSn10Pb1 98.5‑99.95％。

【技术特征摘要】
1.一种用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，其
特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛
0.05-1.5％，铜合金ZCuSn10Pb198.5-99.95％。
2.根据权利要求1所述的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，其特
征在于，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛
0.05％，铜合金ZCuSn10Pb199.95％。
3.根据权利要求1所述的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，其特
征在于，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛
0.8％，铜合金ZCuSn10Pb199.2％。
4.根据权利要求1所述的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料，其特
征在于，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的高纯度碳化钛
1.5％，铜合金ZCuSn10Pb198.5％。
5.根据权利要求1-4中任一项的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材
料，其特征在于，所述高纯度碳化钛为粉体颗粒。
6.根据权利要求1-4中任一项的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材
料，其特征在于，所述铜合金ZCuSn10Pb1由如下重量百分比的组分组成：
锡锭9.0-11.5％，磷铜合金0.5-1.0％，杂质总和≤0.75％，其余为铜。
7.一种用于机车高速涡轮的高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料的
制备方法，其特征在于，具有以下步骤：
1)制备铜合金Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙飞，赵勇，埃里克斯高登，
申请(专利权)人：苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32