[发明专利]一种制备钨铜梯度复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备钨铜梯度复合材料的方法，基于单一组分的多铜少钨复合材料，用激光选区熔化技术制备孔隙率呈梯度分布的多孔钨骨架，再在氢气保护下加压力渗铜，最后加以两道次轧制工艺，并辅以退火处理，可得热导率、电导率、强度和抗烧蚀性协同提高的钨铜梯度复合材料。本发明一种制备钨铜梯度复合材料的方法，解决了现有技术中存在的电磁轨道炮导轨所用钨铜复合材料的热导率和抗烧蚀性不能同时兼顾的问题。

技术领域

本发明属于金属复合材料技术领域，具体涉及一种制备钨铜梯度复合材料的方法。

背景技术

电磁轨道炮是一种新概念武器，利用强大的电磁能将弹丸加速到2～3km/s的超高速，远超传统火炮的射程和威力，且精度可控，如此强大的作战效能使其有可能成为改写未来战争模式的颠覆性武器。工作时，大的脉冲电流流过轨道和电枢形成闭合回路，由于数毫秒内要承受兆安级电流，导轨材料的电磁、温度、应力等物理量的变化率和峰值极大，在材料上形成巨大的磁场梯度、温度梯度和应力梯度。目前，电磁轨道炮关键导轨材料的主要失效形式是材料软化和熔化、摩擦磨损、边缘槽蚀，高速刨削以及电弧烧蚀。其中，导轨材料的烧蚀问题是制约电磁轨道炮向实战领域发展的关键因素之一。

目前，电磁轨道炮导轨主要采用铜基复合材料，其中钨铜复合材料因综合了W、Cu两相各自的优点，既具有高的导电导热性，又具有良好的抗烧蚀性和高温强度。但是，现有的传统粉末冶金技术、等离子体烧结技术、真空热压烧结技术、冷喷涂技术等制备的钨铜复合材料中钨的体积分数都在50％以上，使得复合材料抗烧蚀性的提高是以热导率的降低为代价。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备钨铜梯度复合材料的方法，解决了现有技术中存在的电磁轨道炮导轨所用钨铜复合材料的热导率和抗烧蚀性不能同时兼顾的问题。

本发明所采用的技术方案是一种制备钨铜梯度复合材料的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，设计孔隙率呈梯度分布的多孔钨骨架模型；

步骤2，3D打印多孔梯度钨骨架；

步骤3，在H₂保护下加压熔渗铜

步骤3.1，称取适量纯铜块；

步骤3.2，将多孔梯度钨骨架的四周和底面均用石墨纸包裹，然后装入石墨坩埚中，在其周围填充高纯氧化铝刚玉砂，并轻轻捣实，略高于钨骨架顶面，再将纯铜块放置在裸露的钨骨架上端面，加盖石墨盖，置于高温气氛保护炉中加压熔渗铜，得到样品；

步骤3.3，通过机械加工除去样品表面的浮铜，得到沿梯度变化的钨铜复合材料；

步骤4，将沿梯度变化的钨铜复合材料置于热轧机上进行轧制处理；每轧制一次就进行一次退火后，得到钨铜梯度复合材料。

本发明的特点还在于：

多孔钨骨架模型包括三个梯度层，三个梯度层的孔隙率从与电枢接触一侧到远离电枢一侧依次增加，且分别为k₁、k₂和k₃，三个梯度层的体积分别为V₁、V₂和V₃。

k₁＝65％，k₂＝80％，k₃＝95％。

多孔钨骨架模型中孔形状为正方体、正八面体或六棱柱。

步骤2具体为：

步骤2.1，在激光选区熔化设备的装粉仓中放置钨粉，输入多孔钨骨架模型，开启打印设备，选择棋盘式扫描，逐层成形，打印过程中持续通入惰性气体，制得多孔梯度钨骨架；