【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铜合金粉末冶金的，尤其涉及一种高强高导高耐磨铜钢复合材料及制备方法。
技术介绍
1、铜钢复合材料兼具铜的高导电导热性、高耐蚀性以及钢的高强度、高硬度等优点，综合性能好，制造成本较低，节约能源，在建筑、铁路、电力、石油化工等行业具有良好的应用前景。
2、目前一般采用焊接或增材制造等方式来制造铜钢复合板材；采用电镀法、包覆法、热浸镀法、水平连铸法等来生产铜包钢线。以上均为宏观结合的铜钢复合材料，实际上还是单独发挥铜、钢两种异质材料各自的特性，均未能够同时发挥二者的优点。
3、众所周知，掺杂第二相颗粒的铜基复合材料可有效增强铜的力学性能、摩擦磨损性能以及高温稳定性，同时保持高导电性和导热性，可同时利用铜与钢的有利特性。这极大地扩展了铜作为功能材料在导热、导电元件中的应用，如电子封装材料和散热片、电触头、电刷、集成电路引线框架等。
4、然而，由于铜与钢固有性质存在较大差异，二者之间润湿性较差，采用传统混料方式将铜粉与钢粉实现混合，烧结性能较差，力学、电学等等综合性能低下，无法实现高性能复杂形状零部件的全致密化近净成形以及大尺寸构件的稳定批量化制造。
5、例如：中国专利cn113981256a公开了一种纳米颗粒铜铁复合合金及其制备与应用，该方式是通过物理或化学方式向液态cu/fe合金中加入纳米颗粒，混合并将其分散均匀，然后将混合均匀的具有纳米颗粒的cu/fe熔体铸造成坯，再将铸坯进行后处理；显然纳米颗粒并不是来自其他金属选择，而是sic、moc、wc、al2o3、bn、tib2
6、中国专利cn116691091a公开了一种层状结构的铜铁合金及其制备方法，其是将铜和铁进行分层，虽然制备了铜铁合金，但是是对铜板和铁板的叠压制备所得，显然为宏观结合的铜钢复合材料，并没有铜和铁微观尺度的混匀起作用，没有将铜和铁的优异性进行高效结合，利用率不高。
7、中国专利cn114289725a公开了一种高强高导高耐磨粉末冶金铜铁合金的制备方法，该方法通过真空熔炼和雾化工艺制备铜铁合金粉末，经冷等静压成型、真空烧结及变形加工制备板带及棒丝状铜铁合金。虽然添加了一定量的高碳铬铁合金，但主要是为了将固溶在铜基体中的微量(质量分数小于1％)fe、cr以细小的(fe,cr)7c3硬质颗粒析出，并没有形成大量的合金钢颗粒来提高合金的整体耐磨性能，且主要仍以纯铁颗粒强化铜基体，铁颗粒在高温下发生明显软化，铜基体的抗高温软化性能未得到显著提升。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是当前铜铁复合合金为了提高力学性能、导电性和耐磨性，在化学成分中添加了纳米颗粒，并配合制备工艺来实现，然而这些技术方案中均存在铜和铁在合金中不能够均匀分布的技术缺陷，会导致材料的力学性能分布不均匀，力学性能和导电导热性能并未得到协同提高，高温稳定性差，不利于工业生产和推广。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种高强高导高耐磨铜钢复合材料，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料中，fe含量在5-50wt％，c含量在0-1wt％，w含量在2-10wt％，mo含量在0-5wt％，cr含量在0-3wt％，v含量在0-2wt％，ti含量在0-2wt％，zr含量在0-2wt％，余量为cu；其中，高强高导高耐磨铜钢复合材料的成分中，c、w、mo、cr、v、ti、zr至少含有两种。
4、优选地，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的丝材抗拉强度为620-1760mpa，屈服强度为576-1710mpa，屈强比为0.93-0.97，延伸率为3-12％，导电率为36-68％iacs，维氏硬度为hv184-427，软化温度为600-750℃。
5、优选地，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的棒材抗拉强度为530-1480mpa，屈服强度为478-1380mpa，屈强比为0.90-0.93，延伸率为7-18％，导电率为41-72％iacs，维氏硬度为hv148-357，软化温度为600-750℃。
6、优选地，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的板带材厚度为0.2-20mm时，抗拉强度为720-1730mpa，屈强比为0.92-0.97，屈服强度为660-1680mpa，延伸率为3-12％，导电率为35-65％iacs，维氏硬度为hv226-415，软化温度为600-750℃。
7、一种基于所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料的制备方法，所述制备方法如下步骤：
8、s1、真空感应熔炼
9、以阴极铜板和fe-x中间合金为原料，并将其一起置于熔炼室的坩埚中，加热至完全熔化得到铜钢合金熔液；
10、s2、雾化制粉
11、当s1的铜钢合金熔液过热后调节真空系统，同时对中间包进行预热，将铜钢合金熔液通过喷嘴雾化成合金液滴，合金液滴冷却后得到含碳化物或金属硬质相的铜钢复合粉末；
12、s3、冷等静压成型
13、将s2的铜钢复合粉末装入橡胶或硅胶包套，进行模压或冷等静压成型得到铜钢复合生坯；
14、s4、烧结致密化
15、将s3的铜钢复合生坯，进行真空或氢气气氛烧结得到铜钢复合烧结坯锭；
16、s5、变形加工及热处理
17、将s4的铜钢复合烧结坯锭进行热变形加工得到铜钢复合材料制品，根据不同使用需求进行热处理。
18、优选地，s1中fe-x中间合金的x为c、w、mo、cr、v、ti、zr中的一种或几种，加热需要真空度达到10-1-10-3pa，加热功率是呈梯度上升。
19、优选地，s2中调节真空系统为关闭真空系统，充入高纯氮气或高纯氩气至标准大气压；将铜钢合金熔液通过喷嘴雾化成合金液滴需要先将合金熔液从中间包底部导流嘴向下流出，之后通过喷嘴时铜钢合金熔液与雾化介质相遇被雾化为细小的液滴；合金液滴冷却是在封闭的雾化筒内迅速冷却。
20、优选地，s2中合金熔液过热温度为100-200℃，中间包预热温度为800-1000℃。
21、优选地，s2中雾化介质为氮气、氩气、水中的一种或几种，雾化压力为2-100mpa。
22、优选地，s2中含碳化物或金属硬质相的铜钢复合粉末的平均粒径为0.5-100μm。
23、优选地，s2中含碳化物或金属硬质相的铜钢复合粉末作为冷/热喷涂、增材制造、注射成形、凝胶注模成形的原料粉末。
24、优选地，s3中压制压力为100-400mpa，保压时间为10-300s。
25、优选地，s3中铜钢复合粉末模压或冷等静压成型可制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料中，Fe含量在5-50wt％，C含量在0-1wt％，W含量在2-10wt％，Mo含量在0-5wt％，Cr含量在0-3wt％，V含量在0-2wt％，Ti含量在0-2wt％，Zr含量在0-2wt％，余量为Cu；其中，高强高导高耐磨铜钢复合材料的成分中，C、Mo、Cr、V、Ti、Zr至少含有两种。
2.根据权利要求1所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的丝材抗拉强度为620-1760MPa，屈服强度为576-1710MPa，屈强比为0.93-0.97，延伸率为3-12％，导电率为36-68％IACS，维氏硬度为HV184-427，软化温度为600-750℃。
3.根据权利要求1所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的棒材抗拉强度为530-1480MPa，屈服强度为478-1380MPa，屈强比为0.90-0.93，延伸率为7-18％，导电率为41-72％IACS，维氏硬度为HV148-357，软化温度为600
4.根据权利要求1所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的板带材厚度为0.2-20mm时，抗拉强度为720-1730MPa，屈强比为0.92-0.97，屈服强度为660-1680MPa，延伸率为3-12％，导电率为35-65％IACS，维氏硬度为HV226-415，软化温度为600-750℃。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下步骤：
6.根据权利要求5所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料的制备方法，其特征在于，S1中Fe-X中间合金的X为C、W、Mo、Cr、V、Ti、Zr中的一种或几种，加热需要真空度达到10-1-10-3Pa，加热功率是呈梯度上升。
7.根据权利要求5所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料的制备方法，其特征在于，S2中调节真空系统为关闭真空系统，充入高纯氮气或高纯氩气至标准大气压；将铜钢合金熔液通过喷嘴雾化成合金液滴需要先将合金熔液从中间包底部导流嘴向下流出，之后通过喷嘴时铜钢合金熔液与雾化介质相遇被雾化为细小的液滴；合金液滴冷却是在封闭的雾化筒内迅速冷却。
8.根据权利要求5所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料的制备方法，其特征在于，S3中压制压力为100-400MPa，保压时间为10-300s。
9.根据权利要求5所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料的制备方法，其特征在于，S4中真空烧结的真空度需达到10-1-10-3Pa，烧结温度为800-1050℃，保温时间为0.5-6h。
10.根据权利要求5所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料的制备方法，其特征在于，S5中热变形加工为热挤压、热轧、热锻中的任一种。
...【技术特征摘要】
1.一种高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料中，fe含量在5-50wt％，c含量在0-1wt％，w含量在2-10wt％，mo含量在0-5wt％，cr含量在0-3wt％，v含量在0-2wt％，ti含量在0-2wt％，zr含量在0-2wt％，余量为cu；其中，高强高导高耐磨铜钢复合材料的成分中，c、mo、cr、v、ti、zr至少含有两种。
2.根据权利要求1所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的丝材抗拉强度为620-1760mpa，屈服强度为576-1710mpa，屈强比为0.93-0.97，延伸率为3-12％，导电率为36-68％iacs，维氏硬度为hv184-427，软化温度为600-750℃。
3.根据权利要求1所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的棒材抗拉强度为530-1480mpa，屈服强度为478-1380mpa，屈强比为0.90-0.93，延伸率为7-18％，导电率为41-72％iacs，维氏硬度为hv148-357，软化温度为600-750℃。
4.根据权利要求1所述的高强高导高耐磨铜钢复合材料，其特征在于，所述高强高导高耐磨铜钢复合材料的板带材厚度为0.2-20mm时，抗拉强度为720-1730mpa，屈强比为0.92-0.97，屈服强度为660-1680mpa，延伸率为3-12％，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈存广，马瑞廷，李鑫，肖能辉，刘新华，王雯雯，杨芳，郭志猛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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