一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，称取纯Cu和纯B，真空熔炼炉为Cu‑B中间合金；其制备方法为：称取纯Cu和纯Ti，真空熔炼炉为Cu‑Ti中间合金；将两种中间合金和纯铜分配在这两个坩埚内，保证两个坩埚内总重量相等；然后将两个坩埚放进真空感应熔炼炉内融化，并浇注到模具中得到复合材料；最后进行冷轧处理和去应力退火，得到TiB/TiB2混杂增强Cu复合材料。本发明专利技术的复合材料，晶须状TiB和颗粒状TiB2同时存在于Cu基体中，使得该材料硬度、强度均较高，成本低，性能优异，容易实现产业化，具有较大的发展前途。

TiB/TiB2 hybrid reinforced Cu base composite material and preparation method thereof

The invention discloses a TiB/TiB2 hybrid reinforced Cu composites were pure Cu and B, the vacuum melting furnace for intermediate Cu B alloy; the preparation method is: take pure Cu and Ti, the vacuum melting furnace for Cu Ti intermediate alloy; two kinds of intermediate alloy and copper distribution in the two crucible, ensure that the total weight of two in the crucible is equal; then the two crucible in vacuum induction melting furnace melting and casting, to get the composite mould; finally, cold treatment and stress relief annealing, TiB/TiB2 hybrid reinforced Cu composites. The composite material of the invention, whisker like TiB and granular TiB2 exist in the Cu matrix, which makes the material hardness, high strength, low cost, excellent performance, easy to realize industrialization, which has great prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料及其制备方法
本专利技术属于陶瓷相增强金属基复合材料制备
，具体涉及一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，还涉及该复合材料的制备方法。
技术介绍
铜基复合材料兼备高强度、高导电率，而且硬度高、耐磨性好等优点，因此广泛应用于电器、电子等工业邻域，并成为研究热点之一。目前，Cu基复合材料按其微观组织结构的不同可分为颗粒增强、晶须增强和纤维增强三种类型。由于颗粒增强、晶须增强铜基复合材料在制造工艺上与传统金属的制造工艺差别小，适应性强，成本低，性能上也具有竞争性，使颗粒增强、晶须增强Cu基复合材料成为最有发展前途、最有可能实现产业化的新材料之一。目前关于铜基复合材料的制备方法和性能研究虽取得了不少进展，但大部分研究集中于一种增强相，如SiC、Al2O3、Ti2SnC、TiB2等颗粒增强铜基复合材料，颗粒和晶须混杂增强铜基复合材料的研究很少见。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，该材料为颗粒和晶须混杂增强铜基复合材料，具有理想的强度和硬度。本专利技术的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。本专利技术所采用的一个技术方案是，一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，TiB和TiB2同时存在于Cu基体中，TiB为晶须状，TiB2为颗粒状。进一步地，Cu:Ti:B的质量比为(96.55～97.13)：(2.34～3.1)：(0.35～0.53)。本专利技术所采用的另一个技术方案是，上述TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，制备Cu-B中间合金分别称取纯Cu和纯B，纯B占二者总质量的2.6％～6％，将二者置于刚玉坩埚中，在真空感应熔炼炉内熔炼，制得Cu-B中间合金；步骤2，制备Cu-Ti中间合金分别称取纯Cu和纯Ti，纯Ti占二者总质量的4％～8％，将二者置于刚玉坩埚中，放进真空感应熔炼炉内，按照与步骤1相同的条件熔炼，制得Cu-Ti中间合金；步骤3，制备TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料按照Cu:Ti:B的质量比为(96.55～97.13)：(2.34～3.1)：(0.35～0.53)的比例称取步骤1、2制得的两种中间合金和纯铜的重量，将称量后的Cu-B和Cu-Ti中间合金分别放在两个石墨坩埚内，将称量后的纯铜分配在这两个坩埚内，分配的原则是保证两个坩埚内总重量相等；然后将两个坩埚放进真空感应熔炼炉内融化，并浇注到模具中得到复合材料；步骤4，后处理将步骤3制得的复合材料进行冷轧处理和去应力退火，得到所述TiB/TiB2混杂增强Cu复合材料。本专利技术的特点还在于：步骤1和步骤2的纯Cu、纯B和纯Ti既可以为粉末材料，也可以为块状材料；若为粉末材料，先将两种粉末球磨混合，然后压制成块状材料，再进行熔炼。步骤1和步骤2的真空熔炼为：待熔化温度达到1150～1200℃，在该温度下保温3～4min。步骤3的真空熔炼为：待熔化温度达到1250～1500℃，在该温度下保温2～4min。步骤3待熔化后以相同的浇注速度，同时浇注到铜模里，浇注过程中，首先让两种母合金先在坩埚的上口处接触并发生反应，然后依靠重力，浇注到铜模中。步骤4的冷轧处理的变形量为25％～35％。步骤4的去应力退火工艺为：200-350℃，保温2h。本专利技术的有益效果是，本专利技术的TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，晶须状TiB和颗粒状TiB2同时存在于Cu基体中，使得该材料硬度、强度均较高，在制造工艺上与传统金属的制造工艺差别小，适应性强，成本低，性能上也具有竞争性，容易实现产业化，具有较大的发展前途。附图说明图1是本专利技术半圆型石墨坩埚的结构示意图；图2是本专利技术实施例1的金相显微组织图；图3是本专利技术实施例2的金相显微组织图；图4是本专利技术对比例的金相显微组织图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术并不限于这些实施方式。本专利技术TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料的制备方法为：首先分别熔炼制得Cu-B中间合金和Cu-Ti中间合金，最后按一定的Cu:Ti:B质量百分比来称量所需两种合金和纯铜的重量，将称量后的Cu-B和Cu-Ti两种合金分别放在两个半圆型石墨坩埚内，并将称量的纯铜分配在这两个坩埚内，分配的原则是保证两个坩埚内总重量基本相等。通过真空感应熔炼，让两种母合金熔化，再以相同的浇注速度，同时浇注到铜模中。最后对复合材料进行冷轧处理和去应力退火，即得到TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料。具体按照以下步骤实施：步骤1，制备Cu-B中间合金分别称取Cu粉和B粉，B粉占总质量的2.6％～6％，装入混料机中，加入磨球将粉末混合均匀，将混合均匀的粉末通过冷压模具压制成毛坯。将毛坯置于刚玉坩埚中，放进真空感应熔炼炉内，待熔化温度达到1150～1200℃，在该温度下保温3～4min，冷却之后取出试样，制得Cu-B中间合金。该步骤也可以采用Cu块和B块直接进行真空熔炼，制备Cu-B中间合金。步骤2，制备Cu-Ti中间合金分别称取Cu块和Ti块，Ti块占总质量的4％～8％，将Cu块和Ti块置于刚玉坩埚中，放进真空感应熔炼炉内，待熔化温度达到1150～1200℃，在该温度下保温3～4min，冷却之后取出试样，制得Cu-Ti中间合金。该步骤也可以采用Cu粉和Ti粉，先进行球磨混合均匀，压制成毛坯后，再进行真空熔炼，制备Cu-Ti中间合金。步骤3，制备TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料按照Cu:Ti:B的质量比为(96.55-97.13)：(2.34-3.1)：(0.35-0.53)的比例称取步骤1、2制得的两种中间合金和纯铜的重量，将称量后的Cu-B和Cu-Ti两种合金分别放在两个半圆型石墨坩埚内，如图1所示，将称量后的纯铜分配在这两个坩埚内，分配的原则是保证两个坩埚内总重量基本相等。然后将两个坩埚放进真空感应熔炼炉内，在1250～1500℃下保温2～4min，让两种合金同时熔化，待熔化后以相同的浇注速度，同时浇注到铜模里，浇注过程中：首先让两种母合金先在坩埚的上口处接触并发生反应，然后依靠重力，浇注到铜模中，即得到复合材料。步骤4，后处理将步骤3制得的复合材料，在轧机上进行冷轧，轧制5～10道次，控制变形量为25％～35％，然后再进行去应力退火，其工艺为：200-350℃，保温2h，即得到本专利技术的TiB/TiB2混杂增强Cu复合材料。采用本专利技术制备的TiB/TiB2混杂增强Cu复合材料，TiB和TiB2同时存在于Cu基体中，TiB为晶须状，TiB2为颗粒状。实施例1称取Cu粉和B粉，B粉占二者总质量的6％，装入混料机中，按粉末总质量的2倍加入磨球，以100r/min的转速混粉8h，滤过磨球得到混合均匀的粉末。将混合粉末经过压强为400Mpa，保压30秒预压形成毛坯。将毛坯装在40×40mm的高纯度直筒刚玉坩埚中，然后进行真空感应熔炼，待熔化温度达到1150℃，在该温度下保温3min，关闭电源，冷却之后取出试样，制得Cu-B中间合金。称取Cu块和Ti块，Ti块占二者总质量的8％，将Cu块、Ti块也装在40×40mm的高纯度直筒刚玉坩埚中，经过同样条件下的真空感应熔炼后制得Cu-Ti中间合金。按Cu:Ti:B的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，其特征在于，TiB和TiB2同时存在于Cu基体中，TiB为晶须状，TiB2为颗粒状。

【技术特征摘要】
1.一种TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，其特征在于，TiB和TiB2同时存在于Cu基体中，TiB为晶须状，TiB2为颗粒状。2.根据权利要求1所述的TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料，其特征在于，所述Cu:Ti:B的质量比为(96.55～97.13)：(2.34～3.1)：(0.35～0.53)。3.一种如权利要求1或2所述的TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备Cu-B中间合金分别称取纯Cu和纯B，纯B占二者总质量的2.6％～6％，将二者置于刚玉坩埚中，在真空感应熔炼炉内熔炼，制得Cu-B中间合金；步骤2，制备Cu-Ti中间合金分别称取纯Cu和纯Ti，纯Ti占二者总质量的4％～8％，将二者置于刚玉坩埚中，放进真空感应熔炼炉内，按照与步骤1相同的条件熔炼，制得Cu-Ti中间合金；步骤3，制备TiB/TiB2混杂增强Cu基复合材料按照Cu:Ti:B的质量比为(96.55～97.13)：(2.34～3.1)：(0.35～0.53)的比例称取步骤1、2制得的两种中间合金和纯铜的重量，将称量后的Cu-B和Cu-Ti中间合金分别放在两个石墨坩埚内，将称量后的纯铜分配在这两个坩埚内，分配的原则是保证两个坩埚内总重量相等；然后将两个坩埚放进真空感应熔炼炉内融化，并浇注到模具中得到复合材料；步骤4，后处理将步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜伊辉，李丹，梁淑华，邹军涛，肖鹏，杨晓红，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61