本发明属于材料制造技术领域，具体涉及一种添加耦合剂的tic增强铜基复合材料的制备方法。
背景技术：
铜基复合材料因其具有的高导电性、高导热性、高抗熔焊性、耐腐蚀性，能保持低而稳定的接触电阻等性能，被广泛应用于电力、国防及车辆构件等多个领域。由于铜基复合材料较低的强度、硬度及耐磨性，在应用过程中受到了限制。应此，在保持高导电性、高导热性的基础上，研究开发具有高的强度、硬度及耐磨性，同时具有一定的耐腐蚀性，性价比高、性能均衡可靠的铜基复合材料具有非常重要的意义。
其中颗粒增强铜基复合材料的研究开发由于工艺简单、增强效果明显得到了广泛的应用，目前采用的增强体主要有碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化钨、氧化铝、氮化硅、硼化钛、氮化硼及石墨等增强体。其中碳化钛由于较高的硬度、熔点及化学稳定性，同时具有一定的导热性和导电性，在制备铜基复合材料中有着积极的应用前景。
现有公知的制备碳化钛增强铜基复合材料的技术有：1)《一种自生碳化钛增强铜基复合材料及其制备方法》(申请号cn201910525771.5，公开号cn110129607a，公开日2019.08.16)；2)专利《碳化钛.二硼化钛双相增强铜基复合材料及其制备方法》(申请号cn201710657353.2，公开号cn107586987b，公开日2019.06.18)；3)《一种原位合成硼化钛.碳化钛复相陶瓷增强铜基复合材料及其制备方法和应用》(申请号cn201711397493.7，公开号cn108118178a，公开日2018.06.05)；4)专利《碳化钛#二硼化钛双相增强铜基复合材料及其制备方法》(申请号cn201710657353.2，公开号cn107586987a，公开日2018.01.16)；5)《一种碳化钛陶瓷颗粒增强铜基复合材料的制备方法》(申请号cn201710098004.1，公开号cn106756177a，公开日2017.05.31)；6)专利《碳化钛/铜基复合材料的制备方法》(申请号cn201610979908.0，公开号cn106521223a，公开日2017.03.22)；7)专利《一种高强度碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法》(申请号cn201510728060.x，公开号cn105256170a，公开日2016.01.20)；8)《一种高强度碳化钛铜基复合材料及其制备方法》(申请号cn201510727764.5，公开号cn105177348a，公开日2015.12.23)；9)专利《一种颗粒增强铜基复合材料》(专利号cn201110202692.4，公开号cn102888522a，公开日2013.01.23)；10)专利《一种制备碳化钛弥散强化铜基复合材料的方法》(专利号cn200910095170.1，公开号cn101709397a，公开日2010.05.19)；11)专利《碳化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法》(专利号cn200910095173.5，公开号cn101709398a，公开日2010.05.19)；12)《一种制备碳化钛弥散强化铜基复合材料的方法》(申请号cn200910095170.1，公开号cn101709397a，公开日2010.05.19)。13)《碳化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法》(申请号cn200910095173.5，公开号cn101709398a，公开日2010.05.19)。14)《一种原位生成碳化钛弥散强化铜基复合材料及其制备方法》(申请号cn200510045649.6，公开号cn1804077，公开日2006.07.19)。
以上提出的碳化钛增强铜基复合材料方案，通过添加碳化钛或在此基础上添加其它夹杂成分，通过球磨、原位反应、铸造及熔渗等方法进行制备。这些方案有效改善了铜基电接触材料的电性能和机械性能，但一定程度上存在增强效果略低，同时也影响了材料的导热、导电性及耐腐蚀性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种添加耦合剂的tic增强铜基复合材料的制备方法，通过磁控溅射将钛镀于tic增强体表面，然后将有镀膜的tic及铜粉混合、球磨、压坯及烧结，再经过时效处理制得tic增强铜基复合材料，在保障导电性的同时硬度、强度、耐磨性及耐腐蚀性有了明显的提高。
本发明所采用的技术方案是，添加ti耦合剂的tic增强铜基复合材料的制备方法，按以下步骤进行：
步骤1：粉末镀膜
将tic粉末表面进行预清洗处理：采用无水乙醇超声清洗20min进行表面除油去污处理，然后在质量浓度为20wt.％的氢氟酸中浸泡15min，之后用蒸馏水进行清洗后60℃下烘干2小时。
将表面清洗过的tic粉末置于磁控溅射镀膜设备中，在室温及氩气气氛下进行磁控溅射镀ti处理；
步骤2：球磨、压坯
将步骤1制备的表面镀膜的tic粉末、铜粉和过程控制剂加入球磨机中，在ar气氛保护下或真空环境下进行球磨，得到复合粉末；然后将复合粉末置于干燥箱，60℃下烘干2小时，将烘干后的复合粉末预压制成毛坯；
步骤3：烧结
将步骤2压制的毛坯置于热压烧结炉中，并在n2气氛保护下，烧结、冷却至室温，即得预制铜基复合材料；
步骤4：时效处理
重新将烧制的预制铜基复合材料置于气氛炉中，加氩气保护下加热到400～500℃下保温4小时，然后炉冷至室温，取出样品，在铜基体和碳化钛增强体界面形成α-cu4ti稳定相，得到强化铜基复合材料。
本发明的特点还在于，
步骤1所述镀ti的磁控溅射功率为150w，溅射时间为3h，同时对tic粉末进行振动，氩气流量为10sccm，以使tic粉末表面镀膜均匀。
步骤2所述过程控制剂为无水乙醇。
步骤2所述tic粉末按粉末总质量的0.45％～3％称取.
所述无水乙醇用量为tic粉末总质量的5～10％。
步骤2所述球磨时间为2～10h；球磨机转速为200～300r/min。
步骤3所述烧结过程中，加热温度为1040～1060℃，保温时间为50～60min，保温过程中持续施加30～35mpa的压力。
本发明的有益效果是，一种添加耦合剂的tic增强铜基复合材料的制备方法制备出的碳化钛颗粒增强铜基复合材料，经处理后形成tic及α-cu4ti复合增强效果。其中tic作为导电陶瓷材料，对复合材料产生颗粒增强效果，同时又保证了一定的导电性。耦合剂ti的添加一方面提高了增强体tic与基体cu之间的润湿性，产生了较好的界面结合强度，另一方面经时效处理后形成的α-cu4ti化合物进一步强化了颗粒增强效果，同时增强体与基体界面处铜钛合金的产生一定程度上提高了复合材料的耐腐蚀性。
具体实施方式
本发明一种添加耦合剂的tic增强铜基复合材料的制备方法，该方法按以下步骤进行：
步骤1：粉末镀膜
将tic粉末表面预清洗处理，采用无水乙醇超声清洗20min进行表面除油去污处理，然后在氢氟酸(20wt.％)中浸泡15min，之后用蒸馏水进行清洗后60℃下烘干2小时。
将表面清洗过的tic粉末置于磁控溅射镀膜设备中，在室温及氩气气氛下进行镀ti处理。磁控溅射功率为150w，溅射时间为3h，氩气流量为10sccm，同时对tic粉末进行振动，以使tic粉末表面镀膜均匀。
步骤2：球磨、压坯
将步骤1称取的粉末和过程控制剂加入球磨机中，tic粉末按粉末总质量的0.45％～3％称取，在ar气氛保护下或真空环境下进行球磨；然后将复合粉末烘干，并预压制成毛坯；所述步骤2中过程控制剂为无水乙醇，用量为总粉末质量的5～10％(wt％)；所述球磨时间为2h、5h和10h；球磨机转速为200r/min、250r/min或300r/min；
步骤3：烧结
将步骤2压制的毛坯置于热压烧结炉中，并在n2气氛保护下，烧结、冷却至室温，即得tic增强cu基复合材料；所述步骤3烧结过程中，加热温度为1040～1060℃，保温时间为50～60min，保温过程中持续施加30～35mpa的压力。
步骤5：时效处理
重新将烧制的材料置于气氛炉中，加氩气保护下加温到400～500℃下保温4小时，然后炉冷至室温，取出样品，形成α-cu4ti稳定相，进一步强化铜基复合材料。
实施例1
将tic粉末表面预清洗处理，采用无水乙醇超声清洗20min进行表面除油去污处理，然后在氢氟酸(20wt.％)中浸泡15min，之后用蒸馏水进行清洗后60℃下烘干2小时。将表面清洗过的tic粉末置于磁控溅射镀膜设备中，在室温及氩气气氛下进行镀ti处理。磁控溅射功率为150w，溅射时间为3h，氩气流量为10sccm，同时对tic粉末进行振动，以使tic粉末表面镀膜均匀。
将制备的tic粉末、铜粉和10wt％的无水乙醇过程控制剂加入球磨机中，tic粉末按粉末总质量的0.45％称取，在ar气氛保护下或真空环境下进行球磨2h，球磨机转速为200r/min；然后将复合粉末烘干，并预压制成毛坯。将压制的毛坯置于热压烧结炉中，并在n2气氛保护下，烧结、冷却至室温，即得tic增强铜基复合材料，其中，加热温度为1060℃，保温时间为50min，保温过程中持续施加35mpa的压力。重新将烧制的材料置于气氛炉中，加氩气保护下加温到500℃下保温4小时，然后炉冷至室温，取出样品，在铜基体和碳化钛增强体界面形成α-cu4ti稳定相，进一步强化铜基复合材料。
实施例2
将tic粉末表面预清洗处理，采用无水乙醇超声清洗20min进行表面除油去污处理，然后在氢氟酸(20wt.％)中浸泡15min，之后用蒸馏水进行清洗后60℃下烘干2小时。将表面清洗过的tic粉末置于磁控溅射镀膜设备中，在室温及氩气气氛下进行镀ti处理。磁控溅射功率为150w，溅射时间为3h，氩气流量为10sccm，同时对tic粉末进行振动，以使tic粉末表面镀膜均匀。
将制备的tic粉末、铜粉和5wt％的无水乙醇过程控制剂加入球磨机中，tic粉末按粉末总质量的3％称取，在ar气氛保护下或真空环境下进行球磨5h，球磨机转速为250r/min；然后将复合粉末烘干，并预压制成毛坯。将压制的毛坯置于热压烧结炉中，并在n2气氛保护下，烧结、冷却至室温，即得tic增强铜基复合材料，其中，加热温度为1040℃，保温时间为60min，保温过程中持续施加30mpa的压力。重新将烧制的材料置于气氛炉中，加氩气保护下加温到440℃下保温4小时，然后炉冷至室温，取出样品，在铜基体和碳化钛增强体界面形成α-cu4ti稳定相，进一步强化铜基复合材料。
实施例3
将tic粉末表面预清洗处理，采用无水乙醇超声清洗20min进行表面除油去污处理，然后在氢氟酸(20wt.％)中浸泡15min，之后用蒸馏水进行清洗后60℃下烘干2小时。将表面清洗过的tic粉末置于磁控溅射镀膜设备中，在室温及氩气气氛下进行镀ti处理。磁控溅射功率为150w，溅射时间为3h，氩气流量为10sccm，同时对tic粉末进行振动，以使tic粉末表面镀膜均匀。
将制备的tic粉末、铜粉和10wt％的无水乙醇过程控制剂加入球磨机中，tic粉末按粉末总质量的3％称取，在ar气氛保护下或真空环境下进行球磨8h，球磨机转速为200r/min；然后将复合粉末烘干，并预压制成毛坯。将压制的毛坯置于热压烧结炉中，并在n2气氛保护下，烧结、冷却至室温，即得tic增强铜基复合材料，其中，加热温度为1050℃，保温时间为55min，保温过程中持续施加33mpa的压力。重新将烧制的材料置于气氛炉中，加氩气保护下加温到450℃下保温4小时，然后炉冷至室温，取出样品，在铜基体和碳化钛增强体界面形成α.cu4ti稳定相，进一步强化铜基复合材料。
实施例4
将tic粉末表面预清洗处理，采用无水乙醇超声清洗20min进行表面除油去污处理，然后在氢氟酸(20wt.％)中浸泡15min，之后用蒸馏水进行清洗后60℃下烘干2小时。将表面清洗过的tic粉末置于磁控溅射镀膜设备中，在室温及氩气气氛下进行镀ti处理。磁控溅射功率为150w，溅射时间为3h，氩气流量为10sccm，同时对tic粉末进行振动，以使tic粉末表面镀膜均匀。
将制备的tic粉末、铜粉和10wt％的无水乙醇过程控制剂加入球磨机中，tic粉末按粉末总质量的2％称取，在ar气氛保护下或真空环境下进行球磨5h，球磨机转速为300r/min；然后将复合粉末烘干，并预压制成毛坯。将压制的毛坯置于热压烧结炉中，并在n2气氛保护下，烧结、冷却至室温，即得tic增强铜基复合材料，其中，加热温度为1060℃，保温时间为60min，保温过程中持续施加35mpa的压力。重新将烧制的材料置于气氛炉中，加氩气保护下加温到500℃下保温4小时，然后炉冷至室温，取出样品，在铜基体和碳化钛增强体界面形成α-cu4ti稳定相，进一步强化铜基复合材料。
实施例5
将tic粉末表面预清洗处理，采用无水乙醇超声清洗20min进行表面除油去污处理，然后在氢氟酸(20wt.％)中浸泡15min，之后用蒸馏水进行清洗后60℃下烘干2小时。将表面清洗过的tic粉末置于磁控溅射镀膜设备中，在室温及氩气气氛下进行镀ti处理。磁控溅射功率为150w，溅射时间为3h，氩气流量为10sccm，同时对tic粉末进行振动，以使tic粉末表面镀膜均匀。
将制备的tic粉末、铜粉和8wt％的无水乙醇过程控制剂加入球磨机中，tic粉末按粉末总质量的1.5％称取，在ar气氛保护下或真空环境下进行球磨10h，球磨机转速为300r/min；然后将复合粉末烘干，并预压制成毛坯。将压制的毛坯置于热压烧结炉中，并在n2气氛保护下，烧结、冷却至室温，即得tic增强铜基复合材料，其中，加热温度为1040℃，保温时间为50min，保温过程中持续施加30mpa的压力。重新将烧制的材料置于气氛炉中，加氩气保护下加温到400℃下保温4小时，然后炉冷至室温，取出样品，在铜基体和碳化钛增强体界面形成α-cu4ti稳定相，进一步强化铜基复合材料。