短流程制备高强高耐热Cr2Nb/Cu复合材料的方法

本发明属于运载火箭发动机燃烧室以及高热通量材料，涉及短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法。

背景技术：

1、可循环式运载火箭发动机是未来航天产业的重要组成部件。目前，美国nasa已经使用cr2nb/cu复合材料代替了cu-cr-zr和cu-ag-zr等合金，经过测试其开火次数已经达到了100次以上。而我国氢氧发动机内壁材料从早期的不锈钢发展到现在的cu-ag-zr合金，并已经将cu-ag-zr内壁材料应用在成熟型号上，但是仍难以达到可循环使用，每次更换需要消耗极大的成本，究其原因基础材料的研发和成形工艺的落后导致的。cr2nb/cu复合材料粉末的制备难点在于：1.cu，cr，nb三组元熔点差异大；2.cr和nb在cu中的固溶度极低。cr2nb/cu复合材料成形的难点在于：1.cr2nb颗粒在900℃以上会发生长大，导致材料性能降低，因此在成形过程中应避免材料在高温环境存留的时间。2.cr2nb颗粒会富集在粉末边界处，导致制备的cr2nb/cu复合材料致密度较低。因此优异的cr2nb/cu复合材料，cr和nb完全形成cr2nb颗粒。在高温环境进行热暴露试验时，材料的力学性能基本保持不变，具有优异的热稳定性。

2、我国学者对cr2nb/cu复合材料也进行了大量的研究，论文：“the role of thepost-heat treatment on the cr-based precipitates and related room temperaturemechanical properties ofthe sinterednb-lean cu–cr–nb alloy”经过xps烧结制备了cr2nb/cu复合材料，经过高温处理，材料力学性能急剧下降。论文“effect of heattreatment on cr2nb phase and properties of spark plasma sintered cu-2cr-1nballoy”中，对cr2nb/cu复合材料经过500和900℃热暴露试验，材料性能从338mp降低至308mpa。因此原材料和成形工艺对cr2nb/cu复合材料的最终性能有极大的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法，采用球形cr2nb/cu复合粉末为原材料，利用sps烧结快速实现了cr2nb/cu复合材料的成型，后续通过高应变速率冷拉拔机，成功制备了高强高耐热的cr2nb/cu复合材料。

2、本发明所采用的技术方案是，短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1，对cr2nb/cu复合粉末进行筛粉；

4、步骤2，在真空下，对步骤1筛分后的cr2nb/cu复合粉末进行80℃-100℃、保温5h-10h的处理；

5、步骤3，将步骤2处理后的cr2nb/cu复合粉末在球磨机中进行球磨，球磨过程中充入惰性气体进行保护；

6、步骤4，将步骤3处理后的粉末，放入烧结炉模具中进行烧结处理，待模具冷却至室温后卸载压力，随后取出模具；

7、步骤5，使用锻机对cr2nb/cu复合材料进行打头，然后在cr2nb/cu复合材料表面涂抹水溶性润滑剂，进行一次拉拔，制备出高强高耐热复合材料棒材。

8、本发明的特点还在于：

9、步骤1中，筛分的粒径为20μm-100μm。

10、步骤3中，球磨机的转速为700/rpm-1000/rpm，球磨时间1h-10h。

11、步骤4中，在烧结炉中的反应条件为：加载烧结压力10mpa-80mpa，以80℃/min-170℃/min的加热速率升温，将模具加热至所设置的烧结温度750℃-880℃，在保温5min-30min后停止加热。

12、步骤5中，水溶性润滑剂为氮化硼溶液。

13、本发明的有益效果如下：

14、1.cr2nb/cu复合材料是依靠cr2nb颗粒进行强化，根据orowan强化机制，颗粒尺寸越小，分布越弥散，增强效果越加显著。而cr2nb颗粒在900℃以上会发生长大行为，因此会极大降低材料的力学性能。在此基础上本文采用两种新技术：

15、2.采用sps技术在极短时间内成型cr2nb/cu复合材料，其中cr2nb颗粒分布均匀，且颗粒没有发生长大行为。

16、3.通过高应变速率冷拉拔对cr2nb/cu复合材料进行后续变形处理，极大的提升了材料的力学性能；烧结成形的cr2nb/cu复合材料在400-900℃下作一小时的热暴露实验，材料拉伸性能基本没有变化。经过高应变冷拉拔变形后，材料拉伸性能提升至667mpa。

技术特征：

1.短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中，筛分的粒径为20μm-100μm。

3.根据权利要求1所述的短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法，其特征在于：所述步骤3中，球磨机的转速为700/rpm-1000/rpm，球磨时间1h-10h。

4.根据权利要求1所述的短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法，其特征在于：所述步骤4中，在烧结炉中的反应条件为：加载烧结压力10mpa-80mpa，以80℃/min-170℃/min的加热速率升温，将模具加热至所设置的烧结温度750℃-880℃，在保温5min-30min后停止加热。

5.根据权利要求1所述的短流程制备高强高耐热cr2nb/cu复合材料的方法，其特征在于：所述步骤5中，水溶性润滑剂为氮化硼溶液。

技术总结
本发明公开了短流程制备高强高耐热Cr<subgt;2</subgt;Nb/Cu复合材料的方法，具体包括如下步骤：使用自主研制的Cr<subgt;2</subgt;Nb/Cu复合粉末为原材料。使用SPS烧结快速成型Cr2Nb/Cu复合材料，然后通过高应变速率冷拉把对复合材料进行后续强化处理，制备出Cr2Nb颗粒弥散细小分布的Cr2Nb/Cu复合材料。本发明采用球形Cr<subgt;2</subgt;Nb/Cu复合粉末为原材料，利用SPS烧结快速实现了Cr<subgt;2</subgt;Nb/Cu复合材料的成型，后续通过高应变速率冷拉拔机，成功制备了高强高耐热的Cr<subgt;2</subgt;Nb/Cu复合材料。

技术研发人员：梁淑华,高磊,钟昊睿,赵迎辉,杨森,石浩,马文君,邹军涛,姜伊辉,曹飞
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29