一种大幅提高铜基复合材料高温塑性的处理方法技术

本发明专利技术涉及铜基复合材料领域，具体是一种大幅提高铜基复合材料高温塑性的处理方法，其特征在于：通过挤压的大塑性变形来改善颗粒增强体的大小形状及分布，充分细化基体铜的晶粒，从而大幅度提高颗粒增强铜基复合材料的高温塑性，粗略估算，经本发明专利技术处理后的铜基复合材料，其高温塑性较未处理材料提高了2倍以上，甚至少数材料出现超塑性能，极大改善了铜基复合材料的高温加工性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及铜基复合材料领域，具体是，其特征在于：通过挤压的大塑性变形来改善颗粒增强体的大小形状及分布，充分细化基体铜的晶粒，从而大幅度提高颗粒增强铜基复合材料的高温塑性，粗略估算，经本专利技术处理后的铜基复合材料，其高温塑性较未处理材料提高了2倍以上，甚至少数材料出现超塑性能，极大改善了铜基复合材料的高温加工性能。【专利说明】
本专利技术涉及铜基复合材料领域，具体是。
技术介绍
铜基复合材料具有比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低等优异的综合性能，其中，颗粒增强铜基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件；此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等，在汽车和航空航天领域具有广泛的应用前景，但是由于增强颗粒的引入，导致铜基复合材料塑性急剧下降，尤其是高温塑性很差，这给铜基复合材料后续加工及使用带来了不便；普通的铜基复合材料铸胚，通过轧制或锻造成形为形状较规则的棒材、板材或饼材等型材时，但由于其在高温下塑性较差，在高温加工过程中很容易开裂，造成大量报废品出现，因此，需研制一种加工处理方法提高铜基复合材料高温塑性。经对现有技术文献检索发现，魏少华、樊建中等人在申请号为201010593514.4的专利中，采用挤压工艺来大幅度提高颗粒增强铝基复合材料的强度和塑性，该挤压工艺能很好地改善陶瓷颗粒增强体的分布，较大程度的提高颗粒增强铝基复合材料的强度和塑性，但未提及高温塑性提高的情况；上海交通大学的汪明亮、单爱党等人在申请号为200610148220.4的专利中介绍了一种制备超细晶材料的强塑性变形方法，采用高压扭转法来提高材料常温塑性，但是，该方法设备复杂，高压扭转参数难以控制，以上专利均是关于常温塑性的技术，目前关于提高材料高温塑性的专利较少。本方法操作简单，提升效果明显；无需昂贵的设备，普通挤压机即可实现加工过程，经过本专利技术加工处理后，铜基复合材料发生剧烈流态塑变并伴随回复再结晶等复杂微结构相变过程，导致最终基体晶粒形貌发生重大改变，由原始不规则多边形，转变为延挤压方向流线性晶粒，并且尺寸得到大幅细化，大小由120-200 μ m变为15-30 μ m，同时，复合材料的增强颗粒由原始团聚转为均匀分布，并且形貌由尖角形转为圆润的球形，这在塑性变形过程中起到润滑过渡等关键作用，更方便于晶粒扭转与滑移；其高温塑性延伸率可达60%以上，甚至可出现大于100%的超塑性，远远优于原始铸件的延伸率5-20% ;此外，铜基复合材料的其他力学性能如强度，韧性等也得到相应提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术尚未解决的铜基复合材料材料高温状态下塑性低的问题，提供一种能大幅度提高颗粒增强铜基复合材料高温塑性的加工方法，具体技术方案是:(I)将挤压所用的颗粒增强铜基复合材料制成圆柱形坯锭；(2)采用焊接`技术，将坯锭外表面全部包裹包套材质为比复合材料熔点高的纯铜包套；(3)包裹包套的坯锭在炉温到达一定温度时在该温度下保温；(4)将保温处理后的坯锭放入挤压机中进行热挤压处理；(5)热挤压坯锭，空气中冷却，按照产品需要，加工成各种铜基复合材料工件。步骤(1)所述的颗粒增强铜基复合材料的增强颗粒在复合材料中体积百分比为10%-30% ;所述增强颗粒为SiC。步骤(1)所述的圆柱形坯锭高径比为2~3:1。步骤(2)所述纯铜包套,包套的壁厚5-10mm ；步骤(3)所述坯锭的保温温度为600~650°C，保温时间为1.0-1.5h步骤(4)所述的热挤压处理，挤压温度600-700°C，挤压比为25:1_40:1，挤压速度为 2-5mm/S。本专利技术方法，利用大挤压比的剧烈塑性变形来改善颗粒增强铜基复合材料的微观组织结构；大幅度提高颗粒增强铜基复合材料的高温塑性，其特点是:处理后的铜基复合材料既具有晶粒细小的基体，大小可达15-30 μ m;又出现分布均匀，形貌圆润的球形增强颗粒；依据国标GB/T228-2002要求，对处理后的型材进行高温拉伸力学性能测试，经过本专利技术处理后材料高温塑性延伸率可达60%以上，甚至可出现大于100%的超塑性性能；此外，铜基复合材料的其他力学性能如强度，韧性等也得到相应提高。【具体实施方式】下面通过【具体实施方式】对本专利技术做进一步说明，但不意味着对本专利技术保护范围的限制。`实施例1:加工处理10%的SiC增强铜基复合材料，复合材料坯锭加工成尺寸为Φ200Χ400mm,具体实施方法:I)采用焊接技术，将复合材料坯锭整体包裹上包套，包套材质为纯铜，壁厚为IOmm ；2)将坯锭加热到600°C，保温1.5h ；3)对坯锭进行热挤压，挤压温度600°C，挤压比为40:1，挤压速度为5mm/S;4)截断热挤压坯锭尾部，制得横截面直径为Φ31.6mm的棒材，空气中冷却，按照产品需要，进一步加工成各种铜基复合材料工件。处理后的铜基复合材料具有材料基体的晶粒细小，大小可达20 μ m ;增强颗粒分布均匀，颗粒形貌圆润；依据国标GB/T228— 2002要求，对处理后的型材进行高温拉伸力学性能测试，经过本专利技术处理后材料高温塑性延伸率可达89%。实施例2:加工处理30%的SiC增强铜基复合材料，复合材料坯锭加工成尺寸为Φ 200 X600mm,具体实施方法:I)采用焊接技术，将复合材料坯锭整体包裹上包套，包套材质为纯铜，壁厚为5mm ；2)将坯锭加热到650°C，保温Ih;3)对坯锭进行热挤压，挤压温度700°C，挤压比为25:1，挤压速度为2mm/S ；4)截断热挤压坯锭尾部，制得横截面直径为Φ40的棒材，空气中冷却，按照产品需要，进一步加工成各种铜基复合材料工件。处理后的铜基复合材料具有材料基体的晶粒细小，大小可达25 μ m ;增强颗粒分布均匀，颗粒形貌圆润；依据国标GB/T228-2002要求，对处理后的型材进行高温拉伸力学性能测试，经过本专利技术处理后材料高温塑性延伸率可达85%。实施例3:加工处理15%的SiC增强铜基复合材料，复合材料坯锭加工成尺寸为Φ 200 X500mm,具体实施方法:1)采用焊接技术，将复合材料坯锭整体包裹上包套，包套材质为纯铜，壁厚为8mm ；2)将坯锭加热到630°C，保温1.2h ；3)对坯锭进行热挤压，挤压温度700°C，挤压比为36:1，挤压速度为3mm/S ；4)截断热挤压坯锭尾部，制得横截面直径为Φ33.33mm的棒材，空气中冷却，按照产品需要，进一步加工成各种铜基复合材料工件。处理后的铜基复合材料具有材料基体的晶粒细小，大小可达18 μ m ;增强颗粒分布均匀，颗粒形貌圆润；依据国标GB/T228— 2002要求，对处理后的型材进行高温拉伸力学性能测试，经过本专利技术处理后材料高温塑性延伸率可达92%。【权利要求】1.，处理后的铜基复合材料既具有晶粒细小的基体，大小可达15-30 μ m;又出现分布均匀，形貌圆润的球形增强颗粒，其高温塑性延伸率可达60%以上，其特征在于处理方法包括下述步骤: (1)将挤压所用的颗粒增强铜基复合材料制成圆柱形坯锭； (2)采用焊接技术,将坯锭外表面全部包裹包套材质为比复合材料熔点高的纯铜包套； (3)包裹包套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大幅提高铜基复合材料高温塑性的处理方法，处理后的铜基复合材料既具有晶粒细小的基体,大小可达15‑30μm；又出现分布均匀，形貌圆润的球形增强颗粒，其高温塑性延伸率可达60%以上，其特征在于处理方法包括下述步骤：(1)将挤压所用的颗粒增强铜基复合材料制成圆柱形坯锭；(2)采用焊接技术，将坯锭外表面全部包裹包套材质为比复合材料熔点高的纯铜包套；(3)包裹包套的坯锭在炉温到达一定温度时在该温度下保温；(4)将保温处理后的坯锭放入挤压机中进行热挤压处理；(5)热挤压坯锭，空气中冷却，按照产品需要，加工成各种铜基复合材料工件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李惠，杨永刚，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32