[发明专利]一种MAX相增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MAX相增强铜基复合材料及其制备方法，所述复合材料由MAX相和铜合金组成，所述MAX相所占体积比例50～70VOL％，其余体积为Cu‑Cr‑Mg‑P基体铜合金材料。其制备方法包括先进行MAX相骨架烧结、再进行MAX相骨架镀镍，然后将镀镍MAX相骨架浸渗铜合金，最后进行高温保温淬火和时效处理得到所述复合材料。该种制备方法通过控制MAX相与镍之间的界面反应形成TiCx和Ni‑A固溶体界面层，控制Ni和Cu之间的高温扩散形成Ni‑Cu冶金界面，并促进铜合金时效析出调整合金基体、界面层和MAX相骨架之间的性能匹配制得具有高强度、高耐磨、耐高温和导电导热、并可承受塑性加工的MAX相增强铜基复合材料。

技术领域

本发明涉及铜基复合材料技术领域，尤其涉及一种MAX相增强铜 基复合材料及其制备方法。

背景技术

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻 工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的 消费中仅次于铝。

铜的硬度和屈服强度较低，抗蠕变性能也较差，制约了它在工业 和军事领域中的应用。研究者向铜基体中加入增强体从而制备出铜基 复合材料的研究，所得的材料既保持了铜的优点，又弥补了铜的不足。 虽然制得的铜基复合材料在力学性能上有较大提高，但由于加入增强 体，因此复合材料的塑性加工性能受到比较大的影响，同时复合材料 由于其成分的多样性，很难完全做既具备较高的力学性能又具有耐磨 和耐高温等性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度、高耐磨、耐高温和导电导热、 并可承受一定程度的塑性加工的铜基复合材料及其制备方法，所述复 合材料含有50-70Vol％的MAX相Cu-Cr-Mg-P合金基体组成，即提供 一种MAX相增强铜基复合材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种MAX相增强铜基复合材料，由MAX相和铜合金组 成，所述MAX相所占体积比例50～70VOL％，其余体积为铜合金材料， 且所述铜合金材料的成分质量比为0.3～0.4wt％Cr、0.05～0.15wt％Mg 和0.02～0.06wt％P，杂质总含量≤0.4wt％，余量为Cu。

作为本发明对上述方案的优选，所述MAX相所占体积比为 60VOL％，其余体积为铜合金材料，且所述铜合金材料的成分质量比为： 0.35wt％Cr、0.10wt％Mg、0.04wt％P，杂质总含量≤0.3wt％，余量为 Cu。

作为本发明对上述方案的优选，所述MAX相中A元素在Ni中的 极限固溶度大于8wt.％，否则极易在制备过程中形成Ni-A脆性化合 物影响界面层的性能；

本发明还提供一种MAX相增强铜基复合材料的制备方法，其包括 以下步骤：

步骤1、进行MAX相骨架烧结：将MAX相颗粒和造孔剂淀粉与磷 酸二氢铝球磨混合，再经过室温条件下的模压冷压成型，大气环境下 分阶段升温保温去除水分和促进淀粉充分分解，最后于氢气气氛下烧 结致密化得到MAX相预制体骨架；

步骤2、MAX相骨架镀镍：MAX相骨架经过酒精超声震荡和去离 子水冲洗后进行化学镀镍，控制pH值、镀镍温度，联合采用机械和 超声搅拌方式，并通过耐蚀滤网进行反复过滤；

步骤3、镀镍MAX相骨架浸渗铜合金：将铜合金材料块体和步骤 2所得的MAX相骨架以MAX相骨架在下、铜合金材料块体在上的方式 放入真空压力浸渍炉中，抽真空至1Pa以排出MAX相骨架中的气体， 并充入氩气保护至炉内微正压，采用电阻丝加热的方式加热至200℃ 温度保温退火5-10h消除镀层应力，然后升温至烧结温度，施加压力 并经过短时间保温完成浸渗过程得到块体材料；