CN104232955A - 一种Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，将Cu粉、Cr粉和FeC粉机械混合后经过预压制形成毛坯，毛坯经过真空感应熔炼后经过时效处理，即得到Cu-Cr-FeC复合材料。本发明Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，通过在制备铜基复合材料的过程中加入铬和不同量的含碳铁粉，真空感应熔炼使熔化合金均匀而不产生偏析，而且还能加快脱气速度，使熔炼的合金均匀，气体含量少，使铜基复合材料发生相变强化和析出强化，提高其强度和导电性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法。
背景技术
铜基复合材料是一类具有优良综合性能的新型功能材料，既具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的高温性能。开发铜基材料遇到的首要问题是材料的导电性与强度难以兼顾的矛盾，即导电率高则强度低，强度的提高是以损失电导率为代价。而Cu-Fe复合材料在成本不高的基础下能够将这两点性能最大化。
铜铬合金是以Cu为基体，加入铬及其他微量元素通过一系列化学反应生成的非金属氧化物，因其具有较高的强度和硬度以及良好的导电性，在工业中要求高强高导的领域有着广泛的应用。
真空感应熔炼(Vacuum induction melting，简称VIM)是一种在真空条件下利用电磁感应加热原理来熔炼金属的金属工艺制程。在电磁感应过程中会产生涡电流，使金属熔化。此制程在熔炼铜基复合材料时，能使铜基复合材料在保持良好的导电性的同时，合金强度得到了更有效的提高，并改善了材料的耐磨、耐腐蚀性能。
为了使铜铁复合材料的导电性和强度有一定的突破，本发明将Cu粉、Cr粉、FeC粉混合后，采用真空感应熔炼方法制备Cu-Cr-FeC复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，制备得到的Cu-Cr-FeC复合材料具有较高的强度和导电性能。
本发明所采用的技术方案是，一种Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，将Cu粉、Cr粉和FeC粉机械混合后经过预压制形成毛坯，毛坯经过真空感应熔炼后经过时效处理，即得到Cu-Cr-FeC复合材料。
本发明的特点还在于，
机械混合是将Cu粉、Cr粉和FeC粉装入球磨罐中，按粉末总质量的20～40倍加入磨球，以400r/min的转速混粉12h。
FeC粉与Cu粉的质量比为12～32：68～88，Cr粉的质量是FeC粉与Cu粉总质量的0.8％。
预压制是将机械混合后的粉末过筛后通过冷压模具压制，压制压力10～300KN，保压30～120秒形成毛坯。
真空感应熔炼是将预压制形成的毛坯装在高纯石墨坩埚中，然后放进真空感应熔炼炉内，真空度达到10-1～10-3Pa后，向感应熔炼炉内通入Ar气至炉内压强达到0.05～0.08Mpa，逐渐开始加大线圈上的电流至30～40A，直至金属融化，在该电流下保温3～5min，使其搅拌均匀，然后将线圈上的电流降到0.0A，最后充Ar气至0.1Mpa后取出快速冷却。
时效处理温度为250～450℃，保温2～6h。
本发明的有益效果是，本发明Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，通过在制备铜基复合材料的过程中加入铬和不同量的含碳铁粉，真空感应熔炼使熔化合金均匀而不产生偏析，而且还能加快脱气速度，使熔炼的合金均匀，气体含量少，使铜基复合材料发生相变强化和析出强化，提高其强度和导电性能。
附图说明
图1是本发明制备的Cu-Cr-FeC复合材料在不同FeC含量下的电导率和硬度曲线；
图2是本发明制备的Cu-Cr-FeC复合材料金相组织；
图3是本发明制备的Cu-Cr-FeC复合材料中相变强化的马氏体组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，将Cu粉、Cr粉和FeC粉机械混合后经过预压制形成毛坯，毛坯经过真空感应熔炼后经过时效处理，即得到Cu-Cr-FeC复合材料。
具体按照以下步骤实施：
步骤1，分别称取Cu粉、Cr粉和FeC粉，FeC粉与Cu粉的质量比为12～32：68～88，Cr粉的质量是FeC粉与Cu粉总质量的0.8％，转入球磨罐中，按粉末总质量的20～40倍加入磨球，以400r/min的转速混粉12h；
步骤2，将步骤1机械混合后的粉末过筛后通过冷压模具压制，压制压力10～300KN，保压30～120秒形成毛坯；
步骤3，将步骤2预压制形成的毛坯装在高纯石墨坩埚中，然后放进真空感应熔炼炉内，真空度达到10-1～10-3Pa后，向感应熔炼炉内通入Ar气至炉内压强达到0.05～0.08Mpa，逐渐开始加大线圈上的电流至30～40A，直至金属融化，在该电流下保温3～5min，使其搅拌均匀，然后将线圈上的电流降到0.0A，最后充Ar气至0.1Mpa后取出快速冷却；
步骤4，将步骤3真空感应熔炼后的毛坯经过时效处理，时效处理过程中为了析出铬，但不能使马氏体或贝氏体组织组织发生相转变，所以时效工艺为250-450℃保温2-6h。
本发明Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，通过在制备铜基复合材料的过程中加入铬和不同量的含碳铁粉，真空感应熔炼使熔化合金均匀而不产生偏析，而且还能加快脱气速度，使熔炼的合金均匀，气体含量少，使铜基复合材料发生相变强化和析出强化，其抗拉强度可达到600Mpa以上，强度和导电性能也明显提高。
图1是本发明制备的Cu-Cr-FeC复合材料在不同FeC含量下的电导率和硬度曲线，图1中硬度曲线在上、电导率曲线在下，两条曲线上包含实施例中4种不同FeC含量的Cu-Cr-FeC复合材料电导率和硬度值；
图2是本发明制备的Cu-Cr-FeC复合材料组织图，黑色的相变组织分布在白色的铜基体中，起强化作用；
图3是图2的高倍放大组织，图3中能看到条状的相为马氏体组织，这种相具有较高的硬度和强度。
实施例1
步骤1，分别称取Cu粉、Cr粉和FeC粉，FeC粉与Cu粉的质量比为12：88，Cr粉的质量是FeC粉与Cu粉总质量的0.8％，转入球磨罐中，按粉末总质量的20倍加入磨球，以400r/min的转速混粉12h；
步骤2，将步骤1机械混合后的粉末过筛后通过冷压模具压制，压制压力10KN，保压30秒形成毛坯；
步骤3，将步骤2预压制形成的毛坯装在高纯石墨坩埚中，然后放进真空感应熔炼炉内，真空度达到10-3Pa后，向感应熔炼炉内通入Ar气至炉内压强达到0.05Mpa，逐渐开始加大线圈上的电流至30A，直至金属融化，在该电流下保温3min，使其搅拌均匀，然后将线圈上的电流降到0.0A，最后充Ar气至0.1Mpa后取出快速冷却；
步骤4，将步骤3真空感应熔炼后的毛坯经过时效处理，250℃保温2h。所得复合材料的硬度为HB142，抗拉强度550MPa，电导率19MS/m。
实施例2
步骤1，分别称取Cu粉、Cr粉和FeC粉，FeC粉与Cu粉的质量比为18：82，Cr粉的质量是FeC粉与Cu粉总质量的0.8％，转入球磨罐中，按粉末总质量的40倍加入磨球，以400r/min的转速混粉12h；
步骤2，将步骤1机械混合后的粉末过筛后通过冷压模具压制，压制压力30KN，保压120秒形成毛坯；
步骤3，将步骤2预压制形成的毛坯装在高纯石墨坩埚中，然后放进真空感应熔炼炉内，真空度达到10-1Pa后，向感应熔炼炉内通入Ar气至炉内压强达到0.05Mpa，逐渐开始加大线圈上的电流至35A，直至金属融化，在该电流下保温4min，使其搅拌均匀，然后将线圈上的电流降到0.0A，最后充Ar气至0.1Mpa后取出快速冷却；
步骤4，将步骤3真空感应熔炼后的毛坯经过时效处理，300℃保温3h。所得复合材料的硬度为HB155，抗拉强度580MPa，电导率16MS/m。
实施例3
步骤1，分别称取Cu粉、Cr粉和FeC粉，FeC粉与Cu粉的质量比为24：76，Cr粉的质量是FeC粉与Cu粉总质量的0.8％，转入球磨罐中，按粉末总质量的30倍加入磨球，以400r/min的转速混粉12h；
步骤2，将步骤1机械混合后的粉末过筛后通过冷压模具压制，压制压力100KN，保压90秒形成毛坯；
步骤3，将步骤2预压制形成的毛坯装在高纯石墨坩埚中，然后放进真空感应熔炼炉内，真空度达到10-2Pa后，向感应熔炼炉内通入Ar气至炉内压强达到0.06Mpa，逐渐开始加大线圈上的电流至38A，直至金属融化，在该电流下保温5min，使其搅拌均匀，然后将线圈上的电流降到0.0A，最后充Ar气至0.1Mpa后取出快速冷却；
步骤4，将步骤3真空感应熔炼后的毛坯经过时效处理，350℃保温3.5h。所得复合材料的硬度为HB150，抗拉强度590MPa，电导率14MS/m。
实施例4
步骤1，分别称取Cu粉、Cr粉和FeC粉，FeC粉与Cu粉的质量比为32：68，Cr粉的质量是FeC粉与Cu粉总质量的0.8％，转入球磨罐中，按粉末总质量的40倍加入磨球，以400r/min的转速混粉12h；
步骤2，将步骤1机械混合后的粉末过筛后通过冷压模具压制，压制压力300KN，保压60秒形成毛坯；
步骤3，将步骤2预压制形成的毛坯装在高纯石墨坩埚中，然后放进真空感应熔炼炉内，真空度达到10-3Pa后，向感应熔炼炉内通入Ar气至炉内压强达到0.08Mpa，逐渐开始加大线圈上的电流至40A，直至金属融化，在该电流下保温5min，使其搅拌均匀，然后将线圈上的电流降到0.0A，最后充Ar气至0.1Mpa后取出快速冷却；
步骤4，将步骤3真空感应熔炼后的毛坯经过时效处理，400℃保温4h。所得复合材料硬度为HB165，抗拉强度610MPa，电导率12MS/m。
Claims (6)
1.一种Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，其特征在于，将Cu粉、Cr粉和FeC粉机械混合后经过预压制形成毛坯，毛坯经过真空感应熔炼后经过时效处理，即得到Cu-Cr-FeC复合材料。
2.根据权利要求1所述的Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，其特征在于，所述机械混合是将Cu粉、Cr粉和FeC粉装入球磨罐中，按粉末总质量的20～40倍加入磨球，以400r/min的转速混粉12h。
3.根据权利要求1或2所述的Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，其特征在于，所述FeC粉与Cu粉的质量比为12～32：68～88，Cr粉的质量是FeC粉与Cu粉总质量的0.8％。
4.根据权利要求1所述的Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，其特征在于，所述预压制是将机械混合后的粉末过筛后通过冷压模具压制，压制压力10～300KN，保压30～120秒形成毛坯。
5.根据权利要求1所述的Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，其特征在于，所述真空感应熔炼是将预压制形成的毛坯装在高纯石墨坩埚中，然后放进真空感应熔炼炉内，真空度达到10-1～10-3Pa后，向感应熔炼炉内通入Ar气至炉内压强达到0.05～0.08Mpa，逐渐开始加大线圈上的电流至30～40A，直至金属融化，在该电流下保温3～5min，使其搅拌均匀，然后将线圈上的电流降到0.0A，最后充Ar气至0.1Mpa后取出快速冷却。
6.根据权利要求1所述的Cu-Cr-FeC复合材料的制备方法，其特征在于，所述时效处理温度为250～450℃，保温2～6h。
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