[发明专利]一种原位内生非晶颗粒增强铜合金材料

说明书

本发明属于铜合金及其复合材料设计与制备技术，具体地说是一种原位内生非晶颗粒增强铜合金材料。该材料包括合金元素Cu和Ni(或Fe、Co)，以及添加的促进Cu和Ni(或Fe、Co)发生分离的合金元素Nb、Ta、Sn和B(或Si、B、C、Cr、Mo、Co、Ni，和Nb，Ta、B、Si、C、Nb、Fe和Mo)。合金熔体在快速冷却过程中先发生液相分解，形成Cu合金和Ni合金(或Fe合金、Co合金)两液相，基体液相Cu合金和第二液相Ni合金(或Fe合金、Co合金)分别结晶凝固和非晶转变，原位内生形成非晶颗粒增强铜合金材料。本发明的原位内生非晶颗粒增强铜合金材料中，增强相与金属基体界面结合良好、材料致密性高，界面处无脆性相产生。

技术领域

本发明属于铜合金及其复合材料设计与制备技术，具体地说是一种原位内生非晶颗粒增强铜合金材料。

背景技术

纯铜具有高的热导率、电导率及优良的工艺性能，是大多数电子元器件的基础材料。但是，纯铜本身强度和硬度均较低，热膨胀系数较高，难以满足实际应用需求。因此，如何在保持较高电导率水平的前提下大幅度提高其强度已成为铜材领域研究开发的要点。为了满足科技和工业快速发展的需求，陶瓷粒子(如：Al₂O₃、SiC)或纤维(如：W)，作为增强体加入金属铜中形成铜基复合材料：参见中国专利(专利号CN201610584289.5，公开号CN106048275A)，《一种陶瓷相弥散强化铜合金的制备方法》；参见中国专利(专利号CN201811571224.2，公开号CN109440024A)，《钨纤维/铜基复合板的制备方法》。这些高强度增强体可以在保持一定原有铜合金塑性的基础上，提高合金的硬度。但是陶瓷强化相与铜基体相物理化学性能相差较大，不可避免地会带来一些问题，如：陶瓷与金属基体热膨胀系数相差较大，导致陶瓷与金属界面结合较差。

非晶态合金由于具有高强度、高硬度和优良的耐磨耐腐蚀性等优异性能，近年来被广泛用作复合材料的增强体。非晶合金相较于陶瓷等增强体，与基体金属具有较好的润湿性，从而改善增强体与基体之间的界面结合。参见中国专利(专利号CN201811298708.4，公开号CN109439937A)，《一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法》，报道了外加预制的镍基非晶颗粒增强铝基复合材料。从国内外的研究报道中，制备非晶相增强金属基复合材料的方法主要是粉末冶金和渗铸等。其中，粉末冶金法，即将预先制备好的非晶粉末与合金粉末按一定比例均匀混合后，通过高能球磨等使粉末经受反复的变形、破碎，从而使增强体弥散分布在合金基体中，参见中国专利(专利号CN201610171752.3，公开号CN105803236A)，《一种非晶合金增强的铝基复合材料及其制备方法》；渗铸法，即金属合金熔体浇铸到自非晶薄带构架的空间内，凝固后的形成非晶与基体金属复合结构，参见期刊论文：《渗铸法制备Ni-Nb-Ta金属玻璃增强铝基合金基复合材料》，材料快报(英文)，第50卷，2004年。这些外加非晶相的方法，都是针对低熔点的轻合金如铝合金、镁合金等；在粉末冶金和渗铸过程中非晶相极易发生晶化，非晶与金属基体易形成脆性反应层，以及材料的致密性不促等问题；粉末冶金制备工序复杂，生产周期长、成本高；对熔点高的合金无法使用渗铸制备非晶相增强金属基复合材料。虽然发明专利(专利号CN200710010038.7，公开号CN101220445A)公开了一种非晶态合金球形粒子/晶态合金基复合材料及其制备方法，但是没有明确公开原位内生非晶增强铜合金及其合金成分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位内生非晶颗粒增强铜合金材料，一方面解决铜合金及其复合材料制备方法中存在的瓶颈问题，另一方面解决非晶合金难以用于增强铜合金的问题。

本发明的技术方案是：