三维双连续结构钨铜基纳米复合材料的设计制备与强化机制

The rational design of microstructure of tungsten-copper alloys is the key point to improve their mechanical performance and extend their application. Preparing tungsten-copper alloys with homogenous nanostructure and high performance at high temperature are the current research hotspots and bottlenecks. Based on this, a novel strategy to fabricate metal oxides dispersion strengthened three-dimensional bicontinuous nanocrystalline tungsten-copper alloy with controllable composition and structure is proposed in this project, and the microstrucutre evolution process and mechanism of each phase in the alloy will be investigated. Additionally, the influence of nanocomposite structure on the mechanical properties of tungsten-copper alloy and the related strengthen mechanism will be disclosed accroding to the experiment results and theoretical calculation. This project is expected to provide important technical prototype and structure optimization mechanism for the refractory metal alloys with superior mechanical properties that desired urgently in current engineering application.

钨铜合金微观组织结构的优化设计是显著提高其力学性能、扩展其应用领域的关键。均匀结构纳米化和高温高性能化是当前钨铜合金发展的热点和难点。基于此背景，本项目提出建立具有三维双连续结构且金属氧化物弥散分布于钨基体中的纳米晶钨铜合金的创新制备方法，获得成分和结构可控的钨铜合金基纳米复合材料，研究揭示合金各相微结构的演变规律和机制。结合实验和模型计算，阐明纳米复合结构对钨铜合金基复合材料力学性能的影响规律和作用机制。本项目预期成果可望为研制目前工程应用急需的具有优越高温力学性能的难熔金属合金提供重要技术原型和结构优化机理。

钨铜合金微观组织结构的优化设计是显著提高其力学性能、扩展其应用领域的关键。结构纳米化和高温高性能化是当前钨铜合金发展的热点和难点。基于此背景，本项目建立了基于纳米多孔钨的化学方法以及采用分布球磨的粉末冶金方法获得具有钨纳米晶、钨-铜过饱和固溶体以及硬质相纳米颗粒主要分布于钨相中的多种纳米结构钨铜（基）复合粉末的制备技术，并确立了高致密度、纳米结构钨铜合金的放电等离子烧结技术，研制出具有钨铜三维双连通结构和硬质相纳米颗粒弥散分布于钨基体中的多种纳米结构钨铜合金，并阐明了纳米结构的形成机理。通过合理的结构设计，制备获得的纳米结构钨铜合金可在保持良好电导率的基础上，兼具优异的硬度、强度和耐磨性等力学性能。研究并阐明了纳米结构所导致的不同变形机制，证实了钨相内稳定的纳米结构对于获得高力学性能的重要作用，揭示了针对钨铜合金由结构尺寸和成分转变所构成的耐磨机理。本项目开发的纳米结构钨铜合金可应用于高压电触头和焊接电极等领域以缓解变形和磨损失效问题。所揭示的纳米结构和弥散分布于钨相中的硬质相对力学性能的作用规律与机制，可扩展高性能双相金属复合材料的设计策略，对开发先进的难熔金属合金同样具有重要的科学指导意义。