一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用，涉及铜合金粉末冶金和金属加工技术领域。本发明专利技术提供的复合材料包括钢芯以及包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。本发明专利技术将弥散强化铜合金优良高强、高导、抗高温软化等特性与钢芯力学性能、磁学特性有机的结合，形成优势互补，该复合材料将推动电机制造业中高端零部件的发展。料将推动电机制造业中高端零部件的发展。料将推动电机制造业中高端零部件的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及铜合金粉末冶金和金属加工
，具体涉及一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]磁悬浮电机独特的结构和悬浮机理使得它在多种领域具有的技术和经济优势，是传统电机无法实现和取代的。在传统机械轴承支承的传动系统中，轴承的磨损使电子转子偏心，造成气隙不均、绕组发热及转子摆动，从而影响电机工作效率。同时，机械轴承的润滑剂、磨损的粉尘颗粒污染也会影响其在要求超净环境工艺中的发展。另外，机械轴承不能绝对密封，在特定场合使用受限。磁悬浮电机在运行中，使定转子完全脱离机械接触，改变了传统的支承状态，克服了机械轴承的缺陷，在运行中没有机械接触带来的摩擦噪声、磨损、粉尘，不需要润滑和维修，并且能够绝对密封。异步电机具有结构简单、气隙均匀、可靠性高、便于弱磁提速等特点，在工业及日常生活中应用最多，在此基础上研究无轴承异步电机优势明显，具有重要现实和长远意义。
[0003]磁悬浮异步电机转速上限只与转子材料有关，理论上讲，在理想的转子强度下，磁悬浮电机的转速可无限提高。作为传统电机的转子，40CrNiMoA是一种优质合金钢，它具有良好的淬透性；调质状态下，能在大截面上获得均匀配合良好的强度和韧性；较高的疲劳强度和较低的缺口敏感性；无明显的回火脆性，弹性模量稳定性好；抗氧化性能好，金相组织稳定。该钢主要是调质后用来制造截面较大的零件，如曲轴、轴、连杆、齿轮、螺栓及其他受力较大、形状复杂的零件；在低温回火后或等温淬火后可以当作超高强度钢使用。
[0004]弥散强化铜合金是将熔点高、硬度大、良好热稳定性及化学稳定性的陶瓷颗粒均匀弥散地分布于铜基体中而形成的一类铜合金材料。相比较于其他的强化方式，弥散强化的强化质点在高温下不发生溶解和长大，对位错运动和晶界迁移具有强烈的阻碍作用，显著地提高了材料的强度以及抗高温软化特性，同时质点对自由电子散射的影响作用较小，因此不会明显降低铜基体的电导率。弥散强化铜合金的应用非常广泛，涉及电子、机械、制造、工程应用、航空航天等领域。但是弥散强化铜合金的焊接性能差，是典型的抗粘连材料，与无氧铜、不锈钢、稀有金属的焊接效果不稳定。
[0005]如何开发一种功能结构一体化的复合材料，能够给磁悬浮异步电机带来更高的转速，且能将转子高速旋转引起的热量导出以降低对材料高温性能的要求，建立更为简单、廉价、有效的控制系统，为高速、超高速电机的发展提供有力平台，是目前研究的难点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的复合材料能够充分发挥弥散强化铜合金的高导电、高导热、高温强度优势以及钢芯的力学性能、磁学特性，满足磁悬浮异步电机的要求。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料，包括钢芯以及包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。
[0009]优选地，所述弥散强化铜合金为氧化铝弥散强化铜合金。
[0010]优选地，所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的直径为60～150mm；所述钢芯的直径为40～150mm；所述弥散强化铜合金的厚度为5～20mm。
[0011]本专利技术提供了上述技术方案所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]根据弥散强化铜合金的化学组成提供原料粉末；
[0013]根据弥散强化铜合金的尺寸在钢芯上设计装粉工装，将所述原料粉末装入所述装粉工装，得到合金生坯；
[0014]将所述合金生坯依次进行致密化处理和热等静压，得到弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料。
[0015]优选地，所述原料粉末包括Cu
‑
Al合金粉和氧化剂；所述原料粉末的组成按照Al与O反应生成的Al2O3的比例进行计算，以过剩系数为0.8～1.3设计Cu
‑
Al合金粉和氧化剂的配比。
[0016]优选地，将所述原料粉末装入所述装粉工装后，还包括：将所述原料粉末依次进行振动和脱气，得到合金生坯。
[0017]优选地，所述脱气的条件包括：真空度≤5
×
10
‑3Pa，加热温度为450～600℃，保温时间为3～6h。
[0018]优选地，所述致密化处理的方法包括：将所述合金生坯进行真空包套，包套内真空度≤3
×
10
‑2Pa。
[0019]优选地，所述热等静压的压力为100～150MPa；所述热等静压的温度为850～950℃；保温保压时间为2～4h。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料在磁悬浮异步电机中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料，包括钢芯以及包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。本专利技术将弥散强化铜合金优良高强、高导、抗高温软化等特性与钢芯力学性能、磁学特性有机的结合，形成优势互补，该复合材料将推动电机制造业中高端零部件的发展。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例制备的弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的结构示意图；其中1为钢芯，2为弥散强化铜合金。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料，包括钢芯以及包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。
[0024]本专利技术提供的复合材料包括钢芯。在本专利技术中，所述钢芯优选包括40CrNiMoA钢或GH4169高温合金。在本专利技术中，所述钢芯的直径优选为40～150mm，更优选为60～120mm。
[0025]本专利技术提供的复合材料包括包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。在本专利技术中，所述弥散强化铜合金优选为氧化铝弥散强化铜合金；所述氧化铝弥散强化铜合金中Al2O3的质量含量优选为1.2～2.0％；余量为铜。在本专利技术中，所述弥散强化铜合金的厚度优选为5～20mm，更优选为10～15mm。在本专利技术的具体实施例中，所述弥散强化铜合金的抗拉强度≥530MPa，导电率≥78％IACS，导热率≥300W/mK，高温软化温度≥900℃。
[0026]在本专利技术中，所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的形状为棒材，所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的直径优选为60～150mm，更优选为80～120mm。
[0027]在本专利技术中，所述弥散强化铜合金与钢芯的界面无分层、无气泡、无夹杂。在本专利技术中，所述弥散强化铜合金与钢芯的界面结合强度优选大于300MPa，更优选为308～312MPa。
[0028]本专利技术还提供了上述技术方案所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]根据弥散强化铜合金的化学组成提供原料粉末；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料，其特征在于，包括钢芯以及包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。2.根据权利要求1所述的弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料，其特征在于，所述弥散强化铜合金为氧化铝弥散强化铜合金。3.根据权利要求1所述的弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料，其特征在于，所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的直径为60～150mm；所述钢芯的直径为40～150mm；所述弥散强化铜合金的厚度为5～20mm。4.权利要求1～3任一项所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的制备方法，包括以下步骤：根据弥散强化铜合金的化学组成提供原料粉末；根据弥散强化铜合金的尺寸在钢芯上设计装粉工装，将所述原料粉末装入所述装粉工装，得到合金生坯；将所述合金生坯依次进行致密化处理和热等静压，得到弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述原料粉末包括Cu
‑
Al合金粉和氧化剂；所述原料粉末的组成按照Al与O反应生成的Al2O3的比例进行计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卿，李增德，彭丽军，米绪军，解浩峰，张习敏，黄树晖，张文婧，杨振，刘冬梅，谢忠南，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：