[发明专利]一种具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复材及其制备方法，所述铜铝合金层状复合材料由Cu‑xAl层与Cu层交替分布，其中2≤x≤10，所述Cu‑xAl层与Cu层的层间具有梯度层错能的过渡界面。所述制备方法以铜和铜铝合金粉末为原料，采用粉末冶金制备工艺并进行热处理及变形加工处理制备得到具有梯度层错能界面的铜铝合金复材。通过上述工艺制备得到的铜铝合金层状复材由于具有一定厚度的梯度层错能过渡界面，其性能优于纯铜及单一成分的铜铝合金。本发明公开的具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复材制备流程简便易行可控，能够实现大规模化的生产。

技术领域

本发明属于粉末冶金及复合材料领域，具体涉及一种具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术和经济社会的高速发展，在实际应用中对金属结构材料的强度和塑性这两个重要的性能指标提出了更高的要求。层状材料通常被用来设计制备同时兼具强度和塑性或特殊使用需求的复合材料。目前通常被用来制备层状复合材料的方法包括：爆炸焊接复合法、累积叠轧复合法、层间原位反应复合法、固-液铸轧法等。通常层状材料的界面处容易形成宏观缺陷或生成脆性金属间化合物，因此通常是层状材料最薄弱的地方。薄弱的界面以及界面处的孔洞及脆性金属间化合物严重影响了层状复合材料的实际使用。

因此，若能形成梯度的过渡界面并避免脆性金属间化合物的形成，将不仅可以缓解界面处的应力集中，并在强化层状复合材料的同时拥有优异的塑性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复合材料。

本发明的第二个目的在于提供一种具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复合材料的制备方法。通过粉末冶金技术制备，并控制后续热变形工艺实现梯度层错能过渡界面引入，解决目前层状复合材料界面薄弱的问题。该工艺过程简单高效，并节约了生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复合材料，所述铜铝合金层状复合材料由Cu-xAl层与Cu层交替分布，其中2≤x≤10，优选为2≤x≤8，所述Cu-xAl层与Cu层的层间具有梯度层错能的过渡界面。

本发明所提供的铜铝合金层状复合材料，层间具有梯度层错能的过渡界面，该过渡区域内的Al含量是以线性梯度的形式均匀分布，由于Cu-Al合金中随Al含量增加而降低，所以该过渡界面同时也具有梯度层错能分布的界面区域，该过渡界面的存在，能够协调层与层间的塑性变形，增加层状合金的加工硬化能力，可以缓解界面处的应力集中，并使得铜铝合金层状复合材料兼具优异的强度与塑性。

优选的方案，所述过渡界面的厚度≥40μm，优选为40～60μm。

优选的方案，所述铜铝合金层状复合材料由Cu-6Al层与Cu层交替分布。

发明人发现，当铜铝合金层状复合材料由Cu-6Al层与Cu层交替分布时，最终所得材料的性能最优。

优选的方案，所述铜铝合金层状复合材料的层数≥2层，优选为2～10层，更进一步优选为2～6层。

本发明一种具有梯度层错能界面的铜铝合金层状复合材料的制备方法：在模具内交替铺设Cu-xAl合金粉和Cu金属粉末，压制成型获得铜铝合金层状复材生坯，烧结获得铜铝合金复材坯体，将铜铝合金复材坯体装入包套中，进行热轧制处理，退火处理，即得层状结构铜铝合金。

本发明的制备方法，采用Cu-xAl合金粉和Cu金属粉末为层状结构的基本组成部分，采用高温烧结以及高温轧制工艺制备了层状Cu-Al合金，由于层与层之间的成分存在差异，在高温条件下致使元素发生热扩散效应，但是由于扩散能力有限，只在一定宽度的区域发生扩散形成了元素与层错能双重梯度的过渡界面。