本发明涉及金属基复合材料，特别是涉及一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、以高强高导铜基复合材料为代表的先进铜合金不仅具有优异的导电性能，能有效减少电能传输过程中的能量损耗，而且具有在特殊和极端环境中服役的超高强度和一定韧性，可作为航空航天、汽车、轨道交通领域中使用的一些特殊导电耐磨部件，采用复合的策略进行材料设计可以在提升材料强度的同时，维持铜基体固有的高导电特性，是解决目前铜合金低强度短板的有效技术途径。
2、传统硬质陶瓷颗粒增强相加入铜基体能有效改善铜材料的力学性能，但由于陶瓷颗粒增强体本身电热传导性较差且与铜基体的热膨胀系数相差较大、同时陶瓷颗粒在铜基体界面润湿性较差，缺少界面反应活性，因而，陶瓷颗粒增强铜复合材料的传导性和塑性较差。近年来发展的新型碳材料包括碳纤维、碳纳米管和石墨烯等具有结构多样性以及性能的独特性，作为增强体引入铜材料中可以改善其力学性能和电热传导性能，但碳材料在铜基体中的分散性问题以及碳材料和基体之间的界面结合问题均会降低碳材料的增强效率。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料及其制备方法与应用，通过在铜基体中引入tizrnbv高熵合金颗粒增强体，使得增强体与铜基体界面连接牢固，通过优化高熵合金颗粒含量使复合材料中铜基体的晶粒尺寸逐渐细化，且力学性能呈现递增趋势，可以同步改善电学性能与力学性能之间的矛盾。
2、本发明的第一个目的在于提供一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料的制备方法。
3、本发明的第二个目的在于提供一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料。
4、本发明的第三个目的在于提供一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料的应用。
5、本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
6、一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料的制备方法，所述方法包括：
7、将球形等原子比tizrnbv高熵合金颗粒进行球磨，在球磨过程中加入过程控制剂以减少球磨过程中的冷焊，并通入保护气防止氧化；
8、对球磨后的tizrnbv高熵合金颗粒进行清洗以去除过程控制剂，再进行真空干燥；
9、将干燥后的tizrnbv高熵合金颗粒和枝状铜粉在球磨机上进行混合得到复合粉末；
10、将复合粉末加入石墨模具中，在室温下对复合粉末施加压力并保持预设时间，以完成预压制；
11、采用电流驱动快速烧结炉对复合粉末进行烧结，得到高强高韧的tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料块体；在烧结过程中，对样品施加轴向压力，以加速致密化过程。
12、进一步的，所述球形等原子比tizrnbv高熵合金颗粒粒径范围为10～90μm，平均粒径约为40.4μm，通过如下方式获得：
13、将ti金属块体、zr金属块体、nb金属块体和v金属块体经过至少6次反复电弧熔炼均匀化后采用旋转电极法制备得到；其中，ti金属块体、zr金属块体、nb金属块体和v金属块体的纯度均高于99.99％。
14、进一步的，对球形等原子比tizrnbv高熵合金颗粒进行球磨，所述球形等原子比tizrnbv高熵合金颗粒和不锈钢磨球的质量比为1:10；不锈钢磨球的尺寸分别为10mm:8mm:5mm，对应的质量比分别为5:3:2。
15、进一步的，所述保护气为氩气。
16、进一步的，采用酒精和去离子水交替清洗球磨后的tizrnbv高熵合金颗粒，其中酒精浓度为75％，交替清洗次数不少于5次。
17、进一步的，将干燥后的tizrnbv高熵合金颗粒和枝状铜粉按照质量比为：1：99～1：4混合，且混合参数为：转速为300r/min，球磨时间为1h。
18、进一步的，所述复合粉末的质量为120g；石墨模具的直径为40mm；施加压力为10mpa，预设时间为5分钟。
19、进一步的，烧结工艺参数为：真空度低于10-3pa，烧结温度800℃下保温30分钟；且轴向压力为40mpa。
20、本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
21、一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料，基于上述的制备方法制备得到。
22、本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
23、一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料的应用，基于上述的制备方法制备得到的高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料在航空航天、汽车、轨道交通技术领域中的应用。
24、本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
25、1、本发明采用原料为球形的等原子比tizrnbv高熵合金颗粒以及枝状铜粉，通过真空热压烧结工艺制备tizrnbv颗粒增强铜基复合材料，通过负载转移强化、细晶强化效应、位错强化机制结合，突破单一强化手段的限制，更好地实现铜基体与tizrnbv高熵合金颗粒之间冶金界面结合，解决增强体与铜基体之间的界面润湿性问题，在提高铜基复合材料强度的同时保持了较高的电导率和延展性，最终获得的铜基复合材料表现出良好的力学与电学性能，具有广泛的应用前景；
26、2、本发明采用的等原子比tizrnbv高熵合金颗粒具有高强度、高硬度、低密度、优异的高温稳定性以及良好的塑性和耐磨性等优异性能，作为铜基复合材料增强体，与铜基体之间能形成金属-金属冶金结合界面，克服与传统陶瓷颗粒增强相界面结合弱的缺点。此外，将tizrnbv高熵合金作为铜基复合材料增强体的另一个优势是室温时ti、zr、nb、v等元素在铜中固溶度较低，对其导电性影响不大，因此采用tizrnbv高熵合金增强体可以避免在高温条件下固溶体和微观结构演变对复合材料的电学和力学性能的影响，从而制备出高强高导铜基复合材料。
1.一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球形等原子比tizrnbv高熵合金颗粒粒径范围为10～90μm，平均粒径约为40.4μm，通过如下方式获得：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对球形等原子比tizrnbv高熵合金颗粒进行球磨，所述球形等原子比tizrnbv高熵合金颗粒和不锈钢磨球的质量比为1:10；不锈钢磨球的尺寸分别为10mm:8mm:5mm，对应的质量比分别为5:3:2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气为氩气。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用酒精和去离子水交替清洗球磨后的tizrnbv高熵合金颗粒，其中酒精浓度为75％，交替清洗次数不少于5次。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将干燥后的tizrnbv高熵合金颗粒和枝状铜粉按照质量比为：1：99～1：4混合，且混合参数为：转速为300r/min，球磨时间为1h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合粉末的质量为120g；石墨模具的直径为40mm；施加压力为10mpa，预设时间为5分钟。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烧结工艺参数为：真空度低于10-3pa，烧结温度800℃下保温30分钟；且轴向压力为40mpa。
9.一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料，其特征在于，基于权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料的应用，其特征在于，基于权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的高强高韧tizrnbv高熵合金颗粒增强铜基复合材料在航空航天、汽车、轨道交通技术领域中的应用。
