高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。提高界面结合强度。提高界面结合强度。

【技术实现步骤摘要】
高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法


[0001]本专利技术属于异质材料制备
，涉及高熵合金浸渗连接CuW和 CuCr材料的方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]本专利技术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：
[0006]步骤1、按原子百分比分别称取如下原料：
[0007]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％；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]步骤1中Cu、Cr、Fe、Zr的粒度均为50
‑
400目，纯度均为99.9％。
[0014]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。
[0015]步骤2中混合的球料比为10
‑
40:1，混合时间为8
‑
12h。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法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，高熵合金自身所具备的高熵效应能够抑制界面处脆性金属间化合物相的形成，促进界面形成简单的体心立方或面心立方固溶体，提高界面结合强度。通过本专利技术方法制备的CuW/CuCr复合材料强度为538MPa，CuCr侧的电导率为 62IACS％，同时高熵合金成分范围宽泛，对不同牌号的CuW合金的连接适应性好，工艺简单，成本低，适合于大批量生产。
附图说明
[0022]图1是本专利技术高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法的流程图；
[0023]图2是本专利技术高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法中不同锆含量的复合材料在CuCr侧距界面10mm处的硬度；
[0024]图3是本专利技术实施例2制备的CuW/CuCr复合材料结合面的SEM图；
[0025]图4是本专利技术实施例4制备的CuW/CuCr复合材料结合界面的线扫描图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0027]本专利技术提供高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
[0028]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％；
[0029]其中，Cu、Cr、Fe、Zr的粒度均为50
‑
400目，纯度均为99.9％；
[0030]步骤2、将步骤1中称取的原料和过程控制剂(每10g原料加入5ml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；
[0031]过程控制剂为无水乙醇、丙三醇、丁二醇或硬脂酸中的一种；
[0032]混合的球料比为10
‑
40:1，混合时间为8
‑
12h；
[0033]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；
[0034]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；
[0035]CuW合金预结合端部设有与高熵合金坯体相适配的凹槽；
[0036]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；
[0037]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、高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，其特征在于，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(每10g原料加入5ml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。2.根据权利要求1所述的高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，其特征在于，所述步骤1中Cu、Cr、Fe、Zr的粒度均为50
‑
400目，纯度均为99.9％。3.根据权利要求1所述的高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，其特征在于，所述步骤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。4.根据权利要求1所述的高熵合金浸渗连接CuW和CuCr材料的方法，其特征在于，所述步骤2中混合的球料比为10
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40:1，混合时间为8
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓红，孙骁勇，张宝察，梁淑华，邹军涛，肖鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：