本發(fā)明屬于有色金屬行業(yè)銅合金加工的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝。
背景技術(shù)：
目前生產(chǎn)氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金采用最多的兩種方法分別為內(nèi)氧化法和機(jī)械合金化法兩種工藝，其中，內(nèi)氧化法工藝的流程為：銅鋁合金熔煉→霧化制粉→氧原制備→配氧混料→等靜壓→內(nèi)氧化→還原→封套→熱擠壓→拉拔→檢測(cè)→成品。其代表專利為：《一種Al2O3彌散強(qiáng)化銅合金及其制備方法》，申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N200610128421.8。機(jī)械合金化法工藝的流程為：銅粉+氧化鋁粉→混粉→等靜壓→還原→熱擠壓→拉拔→檢測(cè)→產(chǎn)品。其代表專利為：《彌散強(qiáng)化銅合金材料生產(chǎn)工藝方法》，專利申請(qǐng)?zhí)枮?CN200610031607.1。
以上兩種方法均為粉末冶金法，其工藝流程長(zhǎng)，且在合金制粉和混料過程中對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求苛刻，稍有不慎就會(huì)對(duì)合金粉沫造成污染，影響下步工藝和成品質(zhì)量。工藝路線長(zhǎng)，造成了管理要素多，加工難度大，而且成品率低，質(zhì)量不穩(wěn)定，難以大批供貨，所以至今市場(chǎng)化程度不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了拋棄了傳統(tǒng)的粉末冶金生產(chǎn)路線，提供一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，縮短彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝流程，降低設(shè)備投資和生產(chǎn)成本，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的可控性，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
依據(jù)本發(fā)明提出的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其包括以下步驟：(1)、將金屬銅和金屬鋁進(jìn)行配比熔煉，控制原材料中Cu含量為99.93～99.3wt％，Al含量為0.07～0.7wt％，熔煉爐溫度控制在1250～1300℃，爐子功能選擇要確保合金成份混合攪拌均勻；
(2)、將熔煉好的銅鋁合金進(jìn)行上引式或水平式或輪帶式連續(xù)鑄造，并控制鑄造結(jié)晶器的冷卻水溫度以得到含氧合金銅桿；
(3)、利用連續(xù)擠壓機(jī)將含氧合金銅桿在密閉的擠壓腔內(nèi)重復(fù)連續(xù)擠壓，通過重復(fù)連續(xù)的擠壓過程，得到成分均勻的合金銅桿；
(4)、將步驟(3)得到的合金銅桿進(jìn)行高溫時(shí)效處理，在保護(hù)氣體的保護(hù)下充分發(fā)生置換反應(yīng)，確保Al2O3的生成，使Al2O3成為合金中的強(qiáng)化項(xiàng)彌散在銅合金中；
(5)、將步驟(4)所得合金經(jīng)過冷拉加工處理，得到彌散強(qiáng)化銅合金，再經(jīng)檢測(cè)，淘汰不合格產(chǎn)品，得到成品Al2O3彌散強(qiáng)化銅合金。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，成品Al2O3彌散強(qiáng)化銅合金中Al2O3占銅合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～2％。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，步驟(2)的鑄造溫度控制在1150～1200℃。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，步驟(2)含氧合金銅桿的含氧量控制在550～6000PPm。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，步驟(4)高溫時(shí)效處理的溫度為500～900℃，時(shí)間為2～10h。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，步驟(4)的保護(hù)氣體為H2和N2的混合氣體，其中，H2的體積含量為15～30％，N2的體積含量為70～85％。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，所述的金屬銅為陰極銅或含銅量等同于陰極銅的廢舊料，所述的金屬鋁為電解鋁錠或含鋁量等同于電解鋁錠的廢舊料。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，步驟(2)將熔煉好的銅鋁合金進(jìn)行上引式或水平式或輪帶式連續(xù)鑄造，先得到無氧合金銅桿，然后通過高溫氧化獲得含氧合金銅桿。
前述的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其中，以金屬鋯、金屬鎂中的一種或兩種代替金屬鋁或與金屬鋁混合，采用同樣的工藝方法得到彌散強(qiáng)化銅合金，其強(qiáng)化項(xiàng)為ZrO2、MgO中的一種或者是ZrO2、MgO、Al2O3中的兩種或三種，該強(qiáng)化項(xiàng)占銅合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～2％。
本發(fā)明的技術(shù)原理是這樣的，純凈的Al2O3微粒屬于陶瓷粒子，熔點(diǎn)高，密度小，是無法通過熔煉進(jìn)入銅合金的。所以原工藝一直都是通過粉末冶金的方法將銅粉和氧化鋁粉混合后先壓鑄成粉錠，經(jīng)加熱后擠壓成型。
本發(fā)明的技術(shù)按牌號(hào)不同直接將銅鋁按照銅鋁的質(zhì)量比為99.3～99.93％：0.07～0.7％的比例將銅鋁熔化配制成合金。在引鑄時(shí)通過控制冷卻水的冷卻強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)控氧氧化，達(dá)到置換反應(yīng)所需要的氧含量。此時(shí)的氧大多以氧化亞銅的形式產(chǎn)生在銅桿表面。
銅桿通過連續(xù)擠壓機(jī)的擠壓使內(nèi)外成分充分混勻，為了使此混勻過程更加充分，重復(fù)連續(xù)擠壓過程以確保擠壓后獲得的產(chǎn)品成分均勻。此時(shí)氧化亞銅被均勻的分布在合金中，與合金中均勻分布的鋁形成接觸，發(fā)生如下置換反應(yīng)：
3Cu2O+2Al＝6Cu+Al2O3
此置換反應(yīng)在連續(xù)擠壓產(chǎn)生的高溫下得以迅速實(shí)現(xiàn)。但由于擠壓過程時(shí)間短，反應(yīng)來不及完全實(shí)現(xiàn)(雖然經(jīng)過重復(fù)擠壓)。因此需要采用高溫時(shí)效的辦法，在保護(hù)氣體的保護(hù)下讓置換反應(yīng)有充分的時(shí)間得以實(shí)現(xiàn)。
置換反應(yīng)完全實(shí)現(xiàn)后合金中的氧化亞銅被還原為金屬銅。合金中的鋁被氧化為Al2O3，Al2O3成為合金中的強(qiáng)化項(xiàng)彌散在銅合金中，經(jīng)過拉拔的冷加工處理得到彌散強(qiáng)化銅合金。
具體實(shí)施時(shí)，原材料可以是金屬鋁、金屬鋯、金屬鎂中的一種或幾種與金屬銅進(jìn)行配比熔煉，相應(yīng)地，合金中的強(qiáng)化項(xiàng)可以是Al2O3、ZrO2、MgO中的一種或幾種混合，最終得到的強(qiáng)化彌散銅合金中強(qiáng)化項(xiàng)占銅合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～2％。利用本發(fā)明的工藝方法均可實(shí)現(xiàn)這些氧化物的彌散強(qiáng)化銅合金。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步性及實(shí)用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價(jià)值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)、與原工藝相比，本發(fā)明省略了繁瑣的制粉和粉料處理過程，采用直接鑄造合金的方法保證了合金成分的均勻，所選用的熔鑄設(shè)備、連續(xù)擠壓設(shè)備等均是通過能力大、性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)設(shè)備，穩(wěn)妥可靠。
(2)、本發(fā)明有效解決了粉末冶金法生產(chǎn)彌散強(qiáng)化銅合金質(zhì)量不穩(wěn)定，大量使用仍需進(jìn)口的局面，所得彌散強(qiáng)化銅合金產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；其各項(xiàng)性能指標(biāo)隨鋁含量的不同而不同。彌散強(qiáng)化銅合金產(chǎn)品的導(dǎo)電率(20℃)％IACS為：80～90％，抗拉強(qiáng)度Rm/MPa(室溫)500～620、軟化溫度≥900℃。其優(yōu)異的力學(xué)性能和高溫抗氧化性，滿足了社會(huì)對(duì)高強(qiáng)高導(dǎo)彌散強(qiáng)化銅合金的需求，便于在更多領(lǐng)域推廣使用，可以推動(dòng)航空航天以及超高壓配送電等高科技行業(yè)的發(fā)展。
(3)、本發(fā)明工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，通過能力大，提高了工作效率，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)市場(chǎng)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，實(shí)用性強(qiáng)。
綜上所述，本發(fā)明一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
【主要元件符號(hào)說明】
無
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的一種外氧化彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝，其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
本發(fā)明的工藝方法具體如下：
(1)、將銅和鋁按照合金牌號(hào)的不同進(jìn)行配比熔煉，控制Cu含量99.93～99.3wt％，Al含量0.07～0.7wt％，熔煉爐溫度控制在1250～1300℃，爐子功能選擇要確保合金成份混合攪拌均勻；
(2)、將熔煉好的銅鋁合金進(jìn)行上引式或水平式或輪帶式連續(xù)鑄造，鑄造溫度控制在1150～1200℃，并控制鑄造結(jié)晶器冷卻水的溫度以得到含氧合金銅桿，亦可先得到無氧合金銅桿后通過高溫氧化獲得含氧合金銅桿；含氧合金銅桿的含氧量控制在550～6000PPm；
(3)、利用連續(xù)擠壓機(jī)技術(shù)將含氧合金銅桿在密閉的擠壓腔內(nèi)重復(fù)連續(xù)擠壓，通過兩次以上重復(fù)的連續(xù)擠壓過程，得到成分均勻的合金銅桿；
(4)、將步驟(3)得到的合金銅桿在500～900℃的狀態(tài)下進(jìn)行高溫時(shí)效處理2～10小時(shí)，在含H2 15～30％(體積百分含量)、N2 70～85％(體積百分含量)保護(hù)氣體的保護(hù)下充分發(fā)生置換反應(yīng)，確保Al2O3的生成。
(5)、將步驟(4)所得合金經(jīng)過冷拉加工處理，得到彌散強(qiáng)化銅合金，再經(jīng)檢測(cè)，淘汰不合格產(chǎn)品，得到成品Al2O3彌散強(qiáng)化銅合金。
所述的金屬銅通常為陰極銅或含銅量等同于陰極銅的廢舊料，金屬鋁為電解鋁錠或含鋁量等同于電解鋁錠的廢舊料。
本發(fā)明拋棄了傳統(tǒng)的粉末冶金路線，直接鑄造銅鋁合金桿，保證了合金成分的均勻度。并控制表面氧化量以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)配氧的目的。利用連續(xù)擠壓機(jī)技術(shù)將銅桿表面的氧化亞銅與銅鋁合金在密閉的擠壓腔內(nèi)充分接觸，由于連續(xù)擠壓是個(gè)再結(jié)晶過程，故此溫度較高，使得合金中的氧化亞銅和鋁有充足的接觸和發(fā)生置換的反應(yīng)條件，從而獲得合金中氧化鋁的顆粒成分。為了保證混料均勻采取重復(fù)連續(xù)擠壓過程。該工藝過程無論是鑄桿、控氧氧化或連續(xù)擠壓均為成熟的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。設(shè)備通過能力大，生產(chǎn)成本低，并可以大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。便于產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的推廣和普及。
實(shí)際應(yīng)用中，也可以用金屬鋁、金屬鋯、金屬鎂中的一種或幾種與金屬銅進(jìn)行配比熔煉，其工藝方法同Al2O3彌散強(qiáng)化銅合金的制備工藝相同，得到的強(qiáng)化銅合金中，強(qiáng)化項(xiàng)可以是Al2O3、ZrO2、MgO中的一種或幾種混合，最終得到的強(qiáng)化彌散銅合金中強(qiáng)化項(xiàng)占銅合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～2％。利用本發(fā)明的工藝方法均可實(shí)現(xiàn)這些氧化物的彌散強(qiáng)化銅合金。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。