一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法，属于梯度复合材料技术领域。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：将铜包石墨复合粉末与铜粉混合，得到铜包石墨改性铜基复合粉料；将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上，经干燥后去除基体，即得到铜包石墨改性铜基梯度复合材料。本发明专利技术的制备方法制得的铜包石墨改性铜基梯度复合材料中石墨和铜之间具有良好的界面结合作用。由于界面结合良好，使得材料的室温电导率大于85％IACS。本发明专利技术提供的铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法简单，成本低，可操作性强，反应条件温和，适宜规模化生产，能够减少设备的投入。少设备的投入。少设备的投入。

【技术实现步骤摘要】
一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及梯度复合材料
，尤其涉及一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜及铜合金由于具有良好的导电导热性能、较强的延展性能、抗腐蚀性和易于成型等优点，已广泛应用于航空航天、机械工业、能源化工、电气电子等领域。然而铜及其合金在力学性能方面却存在不足之处，通过引入传统的颗粒或纤维增强体，虽然提高了铜基复合材料力学性能，但是其带来的导电和导热性能的降低使铜基复合材料的应用范围受到了限制。
[0003]金属碳石墨材料显著地提高了材料机械强度与耐磨性、降低了气孔率、增强了应用时的单位负荷、改善了导热与导电性能等，在一些技术参数要求较高的机械用碳方面得到广泛应用。石墨性质稳定，通常不与铜基体发生反应，是铜基复合材料理想的增强体。若能成功将石墨作为增强体引入铜基复合材料中，能在提高材料力学性能的同时具有优异的导电和导热性能。
[0004]结构在服役过程中，不同区域受到的静力、动力、热等往往存在较大区别，因此在设计中，不同区域的材料性能需求也相应有所不同，如有的区域需要高强韧性，有的区域需要高模量，有的区域需要高导热。而在同一个结构内部，单一成分材料无法具备满足大范围的性能改变，需要把两种或两种以上的材料通过梯度区连接为一体。
[0005]目前，梯度材料的制备通常通过焊接或增材制造等方式实现，采用焊接方式制造的梯度材料，在焊缝区两边材料的性能表现为不连续的阶跃变化，而且焊缝的材料成分难以控制。采用增材制造方法制造梯度材料，增材制造技术的种类众多，如有激光选区熔化成形、电子束选区熔化成形、激光金属沉积成形及熔丝增材制造成形等，这些增材制造方法均存在过高的热输入问题，不可避免地会影响涂层与基体性能。
[0006]冷喷涂增材制造技术不需要高温热源来加热熔化喷涂材料，冷喷涂过程中材料的温度远低于其熔点，喷涂颗粒在碰撞基体前处于固态，对基体热影响较小，在整个喷涂过程中，材料发生氧化、相变、晶粒长大的程度低，喷涂材料的成分与组织结构能够保留到涂层中。
[0007]因此，如何利用冷喷涂技术制备高性能的梯度材料，以提高梯度材料的界面结合性能，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料及其制备方法，以解决金属与石墨材料的复合材料在制备梯度材料时引起的界面结合性能差的技术问题。
[0009]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：
[0010]本专利技术提供了一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将铜包石墨复合粉末与铜粉混合，得到铜包石墨改性铜基复合粉料；
[0012]将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上，去除基体后，即得到铜包石墨改性铜基梯度复合材料；
[0013]所述铜包石墨改性铜基复合粉料中石墨的含量为1～15％。
[0014]进一步的，将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上具体为：将石墨含量为1～5％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为6～10％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为11～15％的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次冷喷涂到基体上或其中的两种粉料顺次冷喷涂到基体上。
[0015]进一步的，所述冷喷涂的工艺参数独立的为：压力为3～5.5MPa、温度为500～800℃、喷涂距离为10～30mm、行走速度为20～80mm/s、喷涂厚度为 0.5～1.5mm。
[0016]进一步的，所述铜包石墨复合粉末的粒径为20～30μm。
[0017]进一步的，所述铜粉的纯度≥99.9％，铜粉的粒径为20～50μm。
[0018]进一步的，所述基体包含铝板、铝合金板、铜板、铜合金板、镁板、镁合金板和钢板中的一种。
[0019]进一步的，所述铜包石墨复合粉末采用化学镀法或电解法制备得到，所述铜包石墨复合粉末中石墨的含量为30％～50％。
[0020]本专利技术还提供了一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术采用铜包石墨复合粉末与铜粉混合的复合粉料在基体上进行冷喷涂增材制造，粉末几乎不发生氧化，涂层孔隙率低，涂层致密，利于形成优质的铜包石墨改性铜基梯度复合材料。测试结果表明，本专利技术提供的制备方法得到的铜包石墨改性铜基梯度复合材料的致密度可以达到98.72，石墨与铜之间具有良好的界面结合作用。由于界面结合良好，使得材料的室温电导率大于85％IACS。
[0023]本专利技术提供的铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法简单，成本低，可操作性强，反应条件温和，适宜规模化生产，能够减少设备的投入。
附图说明
[0024]图1为实施例1铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法的工艺流程图；
[0025]图2是实施例1制备的铜包石墨复合粉末的SEM图；
[0026]图3是实施例1所提供的铜粉的SEM图；
[0027]图4是实施例1铜包石墨改性铜基梯度复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]将铜包石墨复合粉末与铜粉混合，得到铜包石墨改性铜基复合粉料；
[0030]将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上，去除基体后，即得到铜包石墨改性铜基梯度复合材料；
[0031]所述铜包石墨改性铜基复合粉料中石墨的含量为1～15％。
[0032]在本专利技术中，将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上具
体为：将石墨含量为1～5％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为6～10％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为11～15％的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次冷喷涂到基体上或其中的两种粉料顺次冷喷涂到基体上。
[0033]在本专利技术中，优选将石墨含量为5％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为10％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为15％的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次冷喷涂到基体上或其中的两种粉料顺次冷喷涂到基体上。
[0034]在本专利技术中，所述铜包石墨改性铜基复合粉料中石墨的含量优选为 2～12％，进一步优选为5～10％。
[0035]在本专利技术中，所述冷喷涂的工艺参数独立的为：压力为3～5.5MPa、温度为500～800℃、喷涂距离为10～30mm、行走速度为20～80mm/s、喷涂厚度为0.5～1.5mm；优选的，冷喷涂的工艺参数独立的为：压力为4～5MPa、温度为650～750℃、喷涂距离为15～25mm、行走速度为30～60mm/s、喷涂厚度为0.5～1.2mm；进一步优选的，冷喷涂的工艺参数独立的为：压力为5MPa、温度为700℃、喷涂距离为20mm、行走速度为50mm/s、喷涂厚度为 0.5～1.0mm。所述冷喷涂参数更利于提高铜包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铜包石墨复合粉末与铜粉混合，得到铜包石墨改性铜基复合粉料；将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上，去除基体后，即得到铜包石墨改性铜基梯度复合材料；所述铜包石墨改性铜基复合粉料中石墨的含量为1～15％。2.根据权利要求1所述的铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法，其特征在于，将不同石墨含量的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次喷涂到基体上具体为：将石墨含量为1～5％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为6～10％的铜包石墨改性铜基复合粉料、石墨含量为11～15％的铜包石墨改性铜基复合粉料顺次冷喷涂到基体上或其中的两种粉料顺次冷喷涂到基体上。3.根据权利要求2所述的铜包石墨改性铜基梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数独立的为：压力为3～5.5MPa、温度为500～80...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵玲，朱流，李微微，薛娜，涂志标，张继堂，史新星，
申请(专利权)人：台州慧模科技有限公司，
类型：发明
国别省市：