[发明专利]原位制备TiB2增强铜基复合材料的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种原位制备TiB₂增强铜基复合材料的方法和设备。

背景技术

铜合金由于其较高的强度和导电性在航空航天、电工电子等行业有着广泛的应用。如轨道交通接触线、集成电路引线框架等，都需要既有高导电导热性，又有高强度的耐热性的铜合金。传统的铜合金由于合金元素的固溶强化，使得铜晶格畸变较大，电导率大幅度下降，无法满足航空航天、电工电子等行业有关导电性能的需要，因此铜基复合材料的研究越来越必要，也成为了当今研究的热点。

弥散分布的第二相粒子能很好地强化铜基体，TiB₂颗粒不仅导电、导热性好，具有熔点高、硬度高、化学稳定性佳、耐腐蚀性佳和耐磨性优异的优点，同其他陶瓷基颗粒相比使金属的导电率导热率下降较小，使TiB₂/Cu复合材料具有较高的电导率和抗高温软化性能，而且其标准吉布斯自由能较低，可由氟硼酸钾、氟钛酸钾复合盐合成，也可由钛、硼在高温直接生成，因此能在金属基体中原位反应生成，解决了普通外加方法制备的复合材料增强相与基体的润湿性问题，成为了金属基复合材料中广泛添加的增强相颗粒。然而，采用传统方法直接添加增强相颗粒到基体中，或者Cu-B中间合金，Cu-Ti中间合金原位反应制备TiB₂/Cu复合材料，难以解决TiB₂颗粒团聚的问题，双熔体法虽然可已部分解决但是工艺较为复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有制备TiB₂/Cu复合材料的方法难以解决TiB₂颗粒团聚的问题，提出一种原位制备TiB₂增强铜基复合材料的方法，该方法制备的TiB₂增强铜基复合材料中TiB₂较好的弥散于铜金属基体中，使TiB₂增强铜基复合材料具有了良好的综合性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种原位制备TiB₂增强铜基复合材料的方法，包括以下步骤：

1）将纯铜置于真空熔炼炉炉膛中，将炉膛抽真空后，反充惰性气体，加热至纯铜完全熔化并升温到1000-1500℃；

2）向铜液中加入Cu-B中间合金，待Cu-B中间合金均匀熔化于铜液中；

3）向铜液中加入Cu-Ti中间合金，反应2-10分钟；

4）将铜液调整温度至1000-1500℃，并将铜液浇铸在位于旋转磁场中的石墨铸模中，在浇铸时，施加旋转磁场；

5）冷凝获得TiB₂/Cu复合材料。

进一步地，所述旋转磁场强度为10~80mT。

进一步地，所述纯铜、Cu-B中间合金和Cu-Ti中间合金在步骤1）前，进行如下预处理：(1) 将材料用稀盐酸清洗，洗去材料表面氧化物及杂质；(2) 用无水乙醇在超声波清洗机内清洗材料表面，洗去残留的盐酸以及杂质；(3) 将超声清洗后的材料在鼓风干燥箱中烘干（100℃下烘干2h）。

进一步地，步骤1）中炉膛抽真空至5-10Pa后，反充惰性气体至0.02-0.08MPa，所述惰性气体为氩气。

进一步地，步骤4）中石墨铸模为预热的石墨铸模。

进一步地，步骤4）中预热的石墨铸模的温度为200-400℃。

本发明的另一个目的还公开了一种能实现原位制备TiB₂增强铜基复合材料方法的设备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种原位制备TiB₂增强铜基复合材料的设备，包括炉体，所述炉体顶端设置有加料斗，所述炉体内靠近顶端设置有加热线圈，所述炉体内靠近底端设置有旋转磁场发生装置，所述旋转磁场发生装置中设置有石墨铸模。

进一步地，所述炉体顶端或侧壁还设置有能观测到炉体内的窥视窗。

进一步地，所述炉体顶端设置有捣料棒。

本发明的另一个目的还提供了一种TiB₂增强铜基复合材料，该TiB₂增强铜基复合材料采用所述原位制备TiB₂增强铜基复合材料的方法制备而成。