[发明专利]一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用，涉及铜合金粉末冶金和金属加工技术领域。本发明提供的复合材料包括钢芯以及包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。本发明将弥散强化铜合金优良高强、高导、抗高温软化等特性与钢芯力学性能、磁学特性有机的结合，形成优势互补，该复合材料将推动电机制造业中高端零部件的发展。

技术领域

本发明涉及铜合金粉末冶金和金属加工技术领域，具体涉及一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

磁悬浮电机独特的结构和悬浮机理使得它在多种领域具有的技术和经济优势，是传统电机无法实现和取代的。在传统机械轴承支承的传动系统中，轴承的磨损使电子转子偏心，造成气隙不均、绕组发热及转子摆动，从而影响电机工作效率。同时，机械轴承的润滑剂、磨损的粉尘颗粒污染也会影响其在要求超净环境工艺中的发展。另外，机械轴承不能绝对密封，在特定场合使用受限。磁悬浮电机在运行中，使定转子完全脱离机械接触，改变了传统的支承状态，克服了机械轴承的缺陷，在运行中没有机械接触带来的摩擦噪声、磨损、粉尘，不需要润滑和维修，并且能够绝对密封。异步电机具有结构简单、气隙均匀、可靠性高、便于弱磁提速等特点，在工业及日常生活中应用最多，在此基础上研究无轴承异步电机优势明显，具有重要现实和长远意义。

磁悬浮异步电机转速上限只与转子材料有关，理论上讲，在理想的转子强度下，磁悬浮电机的转速可无限提高。作为传统电机的转子，40CrNiMoA是一种优质合金钢，它具有良好的淬透性；调质状态下，能在大截面上获得均匀配合良好的强度和韧性；较高的疲劳强度和较低的缺口敏感性；无明显的回火脆性，弹性模量稳定性好；抗氧化性能好，金相组织稳定。该钢主要是调质后用来制造截面较大的零件，如曲轴、轴、连杆、齿轮、螺栓及其他受力较大、形状复杂的零件；在低温回火后或等温淬火后可以当作超高强度钢使用。

弥散强化铜合金是将熔点高、硬度大、良好热稳定性及化学稳定性的陶瓷颗粒均匀弥散地分布于铜基体中而形成的一类铜合金材料。相比较于其他的强化方式，弥散强化的强化质点在高温下不发生溶解和长大，对位错运动和晶界迁移具有强烈的阻碍作用，显著地提高了材料的强度以及抗高温软化特性，同时质点对自由电子散射的影响作用较小，因此不会明显降低铜基体的电导率。弥散强化铜合金的应用非常广泛，涉及电子、机械、制造、工程应用、航空航天等领域。但是弥散强化铜合金的焊接性能差，是典型的抗粘连材料，与无氧铜、不锈钢、稀有金属的焊接效果不稳定。

如何开发一种功能结构一体化的复合材料，能够给磁悬浮异步电机带来更高的转速，且能将转子高速旋转引起的热量导出以降低对材料高温性能的要求，建立更为简单、廉价、有效的控制系统，为高速、超高速电机的发展提供有力平台，是目前研究的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的复合材料能够充分发挥弥散强化铜合金的高导电、高导热、高温强度优势以及钢芯的力学性能、磁学特性，满足磁悬浮异步电机的要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料，包括钢芯以及包裹在所述钢芯外部的弥散强化铜合金。

优选地，所述弥散强化铜合金为氧化铝弥散强化铜合金。

优选地，所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的直径为60～150mm；所述钢芯的直径为40～150mm；所述弥散强化铜合金的厚度为5～20mm。

本发明提供了上述技术方案所述弥散强化铜合金与钢芯一体化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

根据弥散强化铜合金的化学组成提供原料粉末；

根据弥散强化铜合金的尺寸在钢芯上设计装粉工装，将所述原料粉末装入所述装粉工装，得到合金生坯；