铜基合金以及使用其形成的金属基质复合材料的制作方法

本公开内容一般地涉及碳化钨颗粒，并且更具体地涉及纹理化球状碳化钨、由其形成的复合材料以及应用该复合材料的方法。相关技术的描述金属基质复合材料(mmc)是指包含嵌入金属基质中的颗粒的复合材料。mmc通常包含高熔融温度的金属粉末，该金属粉末渗透有单一金属或更常见的具有比粉末更低熔融温度的合金。mmc具有多种应用，包含采矿设备。mmc的物理性质可以通过部件材料及其制造方法进行工程设计。

背景技术：

技术实现思路

1、在一个方面，描述了一种合金。在一些方面，合金包含：5.6-10.4重量百分比(wt.％)的锰(mn)；3.5-6.5wt.％的镍(ni)；1.4-4wt.％的锡(sn)；以及超过55wt.％并最多为合金的余量的铜(cu)，其中合金具有低于cu的熔融温度的固相线温度。在一些实施方式中，合金具有低于1300k的固相线温度。

2、在一些实施方式中，从固相线温度下降到低于固相线温度至少400k，合金形成具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。在一些实施方式中，合金的大于90wt.％是在室温下具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。在一些实施方式中，合金进一步包含最多2wt.％的杂质。在一些实施方式中，元素组成不包括si、b和zn中的一种或多种。

3、在一些方面，本文所述的技术涉及一种合金，其中合金具有高于2.5ms/m的电导率。在一些实施方式中，合金具有高于10w/mk的热导率。

4、在一些实施方式中，合金形成金属基质复合(mmc)材料的基质，其中mmc材料进一步包含碳化钨颗粒。在一些实施方式中，合金形成金属基质复合(mmc)材料的基质，其中mmc材料形成钻孔部件的一部分。在一些实施方式中，合金形成金属基质复合(mmc)材料的基质，其中mmc材料具有大于4000in*lbf/in3的韧性。

5、在一些方面，本文所述的技术涉及一种合金，其中该合金是用于形成金属基质复合(mmc)材料的原料的一部分，其中该原料进一步包含碳化钨颗粒。

6、另一方面描述了一种金属基质复合材料，其包含嵌入铜基基质中的增强颗粒，其中铜基基质包含大于55wt.％的铜(cu)和大于1.4wt.％的锡(sn)。

7、在一些实施方式中，铜基基质包含：1.4-2.6wt.％的锡(sn)；5.6-10.4wt.％的锰(mn)；和3.5-6.5wt.％的镍(ni)，其中铜基基质具有低于cu的固相线温度。在一些实施方式中，铜基基质的固相线温度低于1300k。

8、在一些实施方式中，从固相线温度下降到低于固相线温度至少400k，铜基基质形成具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。在一些实施方式中，铜基基质的大于90wt.％是在室温下具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。在一些实施方式中，铜基基质包含2wt.％或更少的杂质。

9、在一些实施方式中，铜基基质不包含si、b和zn中的一种或多种。在一些实施方式中，铜基基质具有高于2.5ms/m的电导率。在一些实施方式中，铜基基质具有高于10w/mk的热导率。在一些实施方式中，增强颗粒包含碳化钨颗粒。在一些实施方式中，碳化钨颗粒占金属基质复合材料的50-70vol.％。在一些实施方式中，碳化钨颗粒具有1-200μm的平均粒径。

10、在一些实施方式中，碳化钨颗粒具有球形，其沿长轴的第一长度和沿短轴的第二长度之间的比率为1.20或更低。在一些实施方式中，碳化钨颗粒具有经纹理化以具有大于5.0％的晶界面积分数的表面。在一些实施方式中，金属基质复合材料具有超过175ksi的横向抗裂强度。在一些实施方式中，金属基质复合材料形成钻孔部件的一部分。

技术特征：

1.一种合金，其包含：

2.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金包含1.4-2.6wt.％的锡(sn)。

3.根据权利要求1所述的合金，其中所述固相线温度低于1300k。

4.根据权利要求1所述的合金，其中从固相线温度下降到低于所述固相线温度至少400k，所述合金形成具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。

5.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金的大于90wt.％是在室温下具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。

6.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金进一步包含最多2wt.％的杂质。

7.根据权利要求1所述的合金，其中所述元素组成不包括si、b和zn中的一种或多种。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的合金，其中所述合金具有高于2.5ms/m的电导率。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的合金，其中所述合金具有高于10w/mk的热导率。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的合金，其中所述合金形成金属基质复合(mmc)材料的基质，其中所述mmc材料进一步包含碳化钨颗粒。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的合金，其中所述合金形成金属基质复合(mmc)材料的基质，其中所述mmc材料形成钻孔部件的一部分。

12.根据权利要求1-7中任一项所述的合金，其中所述合金形成金属基质复合(mmc)材料的基质，其中所述mmc材料具有大于4000in*lbf.in3的韧性。

13.根据权利要求1-7中任一项所述的合金，其中所述合金是用于形成金属基质复合(mmc)材料的原料的一部分，其中所述原料进一步包含碳化钨颗粒。

14.一种金属基质复合材料，其包含嵌入铜基基质中的增强颗粒，其中所述铜基基质包含大于55wt.％的铜(cu)和大于1.4wt.％的锡(sn)。

15.根据权利要求14所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质包含：

16.根据权利要求15所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质包含1.4-2.6wt.％的锡(sn)。

17.根据权利要求14所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质的固相线温度低于1300k。

18.根据权利要求14所述的金属基质复合材料，其中从固相线温度下降至低于所述固相线温度至少400k，所述铜基基质形成具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。

19.根据权利要求14所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质的大于90wt.％是在室温下具有面心立方(fcc)晶体结构的单相固溶体。

20.根据权利要求14所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质包含2wt.％或更少的杂质。

21.根据权利要求14所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质不包括si、b和zn中的一种或多种。

22.根据权利要求14-21中任一项所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质具有高于2.5ms/m的电导率。

23.根据权利要求14-21中任一项所述的金属基质复合材料，其中所述铜基基质具有高于10w/mk的热导率。

24.根据权利要求14-21中任一项所述的金属基质复合材料，其中所述增强颗粒包含碳化钨颗粒。

25.根据权利要求24所述的金属基质复合材料，其中碳化钨颗粒占所述金属基质复合材料的50-70vol.％。

26.根据权利要求24所述的金属基质复合材料，其中所述碳化钨颗粒具有1-200μm的平均粒径。

27.根据权利要求24所述的金属基质复合材料，其中所述碳化钨颗粒具有球形，所述球形在沿长轴的第一长度和沿短轴的第二长度之间的比率为1.20或更低。

28.根据权利要求24所述的金属基质复合材料，其中所述碳化钨颗粒具有纹理化以具有大于5.0％的晶界面积分数的表面。

29.根据权利要求14-21中任一项所述的金属基质复合材料，其中所述金属基质复合材料具有超过175ksi的横向抗裂强度。

30.根据权利要求14-21中任一项所述的金属基质复合材料，其中所述金属基质复合材料形成钻孔部件的一部分。

技术总结
本公开内容一般地涉及铜基合金，并且更具体地涉及适于形成金属基质复合(MMC)材料的铜基合金以及制造MMC材料的方法。在一个方面，用于形成MMC材料基质的合金具有以下元素组成，其包含：5.6‑10.4重量百分比(wt.％)的锰(Mn)；3.5‑6.5wt.％的镍(Ni)；1.4‑4wt.％的锡(Sn)；和超过55wt.％并最多为元素组成的余量的铜(Cu)。该合金具有低于Cu的熔化温度的固相线温度。

技术研发人员：J·N·维奇奥,A·贝尔,王仲鸣
受保护的技术使用者：欧瑞康美科（美国）公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16