一种粉末冶金Cu/WCp复合材料制造技术

为了改善铜基复合材料的硬度、耐磨性，设计了一种粉末冶金Cu/WCp复合材料。采用Cu粉和WCP粉末为原料，所制得的粉末冶金Cu/WCp复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，疲劳裂纹扩展抗力在整个应力强度因子范围内都要优于铜基复合材料，随着应力强度因子的增加，颗粒含量越多疲劳裂纹扩展速率越快。颗粒的存在会改变裂纹的扩展路径，颗粒含量越多微裂纹的连接发展得越快。随着裂纹长度的增加，裂纹扩展速率波动性趋于稳定。本发明专利技术能够为制备高性能的Cu/WCp复合材料提供一种新的生产方法。

A Powder Metallurgy Cu/WCp Composite Material

In order to improve the hardness and wear resistance of copper matrix composites, a powder metallurgy copper/WCp composite was designed. The hardness, densification degree and flexural strength of powder metallurgical Cu/WCp composites prepared by using copper powder and WCP powder as raw materials have been greatly improved. The fatigue crack growth resistance is better than that of copper matrix composites in the whole stress intensity factor range. With the increase of stress intensity factor, the fatigue crack growth rate increases with the increase of particle content. The existence of particles will change the crack propagation path, and the more the particle content, the faster the crack connection develops. With the increase of crack length, the fluctuation of crack growth rate tends to be stable. The invention can provide a new production method for preparing high performance Cu/WCp composite materials.

【技术实现步骤摘要】
一种粉末冶金Cu/WCp复合材料所属
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种粉末冶金Cu/WCp复合材料。
技术介绍
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。铜是一种过渡元素，是柔软的金属，表面刚切开时为红橙色带金属光泽，单质呈紫红色。延展性好，导热性和导电性高，在电缆和电气、电子元件是最常用的材料，也可用作建筑材料，可以组成众多种合金。铜合金机械性能优异，电阻率很低，最重要的数青铜和黄铜。铜也是耐用的金属，可以多次回收而无损其机械性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善铜基复合材料的硬度、耐磨性，设计了一种粉末冶金Cu/WCp复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：粉末冶金Cu/WCp复合材料的制备原料包括：粒径为200μm的树枝状Cu粉，粒径为6μm的不规则WCP粉末。粉末冶金Cu/WCp复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为30℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1300℃，保温时间为90min。粉末冶金Cu/WCp复合材料的检测步骤为：静态力学性能采用WD20微控电子万能试验机上测试，疲劳裂纹扩展采用SERV试验机观测，疲劳裂纹采用MT810疲劳试验机测试，疲劳测试采取荷载控制测量。所述的粉末冶金Cu/WCp复合材料，疲劳裂纹扩展抗力在整个应力强度因子范围内都要优于Cu/WCP/15p，复合材料疲劳裂纹扩展门槛值AK随颗粒体积分数增大变化并不明显。随着应力强度因子的增加，颗粒含量越多疲劳裂纹扩展速率越快。所述的粉末冶金Cu/WCp复合材料，基体和颗粒间的界面属于弱界面结合，在循环载荷作用下的界面脱粘形成微裂纹，微裂纹沿垂直于荷载方向基体扩展和连接形成主裂纹，颗粒的存在会改变裂纹的扩展路径，颗粒含量越多微裂纹的连接发展得越快。随着裂纹长度的增加，裂纹扩展速率波动性趋于稳定。所述的粉末冶金Cu/WCp复合材料，疲劳断口主要由基体主导，裂纹在基体扩展时以穿晶断裂为主且有较明显的疲劳辉纹形成，其疲劳失效模式以颗粒脱粘-裂纹在基体里穿晶断裂为主。本专利技术的有益效果是：采用Cu粉和WCP粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的粉末冶金Cu/WCp复合材料。其中，复合材料的疲劳裂纹扩展抗力均大于铜基复合材料，裂纹扩展速率波动性更加稳定。所制得的粉末冶金Cu/WCp复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的Cu/WCp复合材料提供一种新的生产方法。具体实施方式实施案例1：粉末冶金Cu/WCp复合材料的制备原料包括：粒径为200μm的树枝状Cu粉，粒径为6μm的不规则WCP粉末，粉末冶金Cu/WCp复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为30℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1300℃，保温时间为90min。粉末冶金Cu/WCp复合材料的检测步骤为：静态力学性能采用WD20微控电子万能试验机上测试，疲劳裂纹扩展采用SERV试验机观测，疲劳裂纹采用MT810疲劳试验机测试，疲劳测试采取荷载控制测量。实施案例2：复合材料颗粒总体分布均匀，WCP颗粒平均粒径大概为1μm，而初始颗粒平均粒径为6μm，球磨对颗粒和基体均有明显的破碎和细化。碳化钨基本上均匀地分散在整个基体铜里。颗粒体积含量为3％时，颗粒与相邻颗粒间距较含量为15％的要大很多，在整个基体里周围均被基体包裹完整，Cu/WCP/15p的微观形貌中颗粒较密集颗粒与相邻颗粒的间距小。实施案例3：裂纹扩展阶段大致分为3个阶段：近门槛扩展阶段、线性扩展阶段和快速扩展阶段。在门槛值附近Cu/WCp的裂纹扩展速率略快于Cu/WCP/3p，Cu/WCJl5p的裂纹扩展速率明显快于Cu/WCP/3p，WCP含量对Cu/WCP裂纹扩展速率的影响在整个裂纹扩展阶段均有影响，WCP含量的增大加速了疲劳裂纹扩展速率，随着WCP含量的增大降低了材料的裂纹扩展抗力实施案例4：Cu/WCP颗粒增强复合材料疲劳裂纹萌生于颗粒A和基体的界面处，脱粘裂纹在循环载荷作用下沿垂直载荷方向扩展，当经历了50个循环之后发现颗粒B界面处有脱粘裂纹萌生，再经过60个循环之后颗粒B的脱粘裂纹逐渐长大并和颗粒A的脱粘裂纹。颗粒含量较多，颗粒与颗粒间距较小，微裂纹萌生于颗粒A和B的界面，经过110个循环之后连接起来且沿着基体扩展，随着循环次数的增加再经过10个循环之后颗粒C和D界面处也萌生出新的界面裂纹，与原来的裂纹连接。实施案例5：在颗粒群前裂纹尖端出现分叉现象，裂纹有两种往前扩展的趋势，随着循环次数的增加，靠近颗粒的裂纹分支逐渐往前扩展形成主裂纹，而另一分支裂纹扩展停止，当裂纹尖端和颗粒相遇时，裂纹又发生小角度偏折偏向基体和颗粒的界面，沿着界面扩展直至穿越整个颗粒粒径范围，整个过程经历了20个循环。疲劳裂纹扩展路径对WCP颗粒的加入特别敏感，基体和颗粒的界面结合较弱，在整个裂纹尖端塑性区内裂纹穿过颗粒和基体界面时所需的能量较小，弱界面结合并不利于提高材料的疲劳裂纹扩展抗力。实施案例6：小裂纹扩展速率波动较大，分散性也较大。随着裂纹长度的增加，裂纹扩展速率波动性趋于稳定。小裂纹扩展速率的波动是因为小裂纹早期的扩展易受到材料的微观结构、晶界或者夹杂物等的影响，当小裂纹长度远远超过材料特征尺度之后，材料微观结构对裂纹扩展速率的影响逐渐减弱，使得裂纹扩展速率趋于稳定实施案例7：Cu/WCP/15p的断口有较明显的基体撕裂脊并伴随着少量韧窝和大量的孔洞，颗粒和基体的脱粘以及基体被撕裂是Cu/WCP/15p的主要失效模式，WCP颗粒含量大，颗粒与颗粒间距较小，颗粒脱粘的微裂纹与相邻脱粘微裂纹间的基体铜较少，循环载荷作用下较小的颗粒间距较容易被撕裂。基体铜和WCP颗粒的材料性能相差较大，润湿性较差，在受力时颗粒与基体的弹塑性严重不匹配，界面结合强度较低从而导致基体和颗粒在疲劳载荷作用下脱粘形成微裂纹，基体塑性变形严重从而形成大量的孔洞。基体和颗粒被拉开形成孔洞，颗粒之问的基体被撕裂，在颗粒的界面处有杂质的出现，杂质的出现也会降低界面强度。Cu/WCP/3P的断口的撕裂较少，在断口中发现有间断不连续的片状穿晶断裂面，颗粒脱粘形成微孔洞，在颗粒含量少的情况下颗粒间距较大，颗粒脱粘形成微裂纹之后，微裂纹之间在循环载荷作用下要穿过较大区域的颗粒间距才能够相互本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.粉末冶金Cu/WCp复合材料的制备原料包括：粒径为200μm的树枝状Cu粉，粒径为6μm的不规则WCP粉末。

【技术特征摘要】
1.粉末冶金Cu/WCp复合材料的制备原料包括：粒径为200μm的树枝状Cu粉，粒径为6μm的不规则WCP粉末。2.根据权利要求1所述的粉末冶金Cu/WCp复合材料，其特征是粉末冶金Cu/WCp复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为30℃，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1300℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的粉末冶金Cu/WCp复合材料，其特征是粉末冶金Cu/WCp复合材料的检测步骤为：静态力学性能采用WD20微控电子万能试验机上测试，疲劳裂纹扩展采用SERV试验机观测，疲劳裂纹采用MT810疲...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，
申请(专利权)人：沈阳东青科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21