一種高強(qiáng)高導(dǎo)氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的制備方法
【專利說(shuō)明】一種高強(qiáng)高導(dǎo)氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高導(dǎo)氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的制備方法，屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]
彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料因具有高的強(qiáng)度和高的傳導(dǎo)性，在電子，電力，航空，制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。特別是因其具有抗高溫軟化性能，在接近于850-950°C溫度下，強(qiáng)度和硬度仍能保持室溫狀態(tài)的85%以上。良好的抗高溫軟化性能，使得彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料正逐漸替代Cu-ZrXu-Cr-ZrXu-Be等傳統(tǒng)銅合金應(yīng)用于點(diǎn)焊電極、電阻焊電極、導(dǎo)電彈性材料和集成電路引線框架、微波管結(jié)構(gòu)和連續(xù)鑄鋼結(jié)晶器等抗高溫軟化性能要求高的場(chǎng)入口 ο
[0003]彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的強(qiáng)化相主要有:A1203，TiB2，WC，金剛石，石墨，納米碳管等。其中A1203顆粒彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用最為廣泛，其制備方法主要有:熔鑄，熔滲，粉末冶金，機(jī)械合金化，內(nèi)氧化，反應(yīng)合成原位復(fù)合等方法。其中內(nèi)氧化法是應(yīng)用最為成熟的方法，美國(guó)SCM公司在1973年采用內(nèi)氧化法成功商業(yè)化制備了Al203/Cu復(fù)合材料，但對(duì)技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的保密。內(nèi)氧化法制備Al203/Cu復(fù)合材料的工藝流程主要為:將銅鋁固熔合金熔煉后霧化制粉，混入氧化劑Cu20粉，混合的粉加熱至高溫使Cu20分解將A1氧化成A1203，在氫氣或分解氨氣氛中還原多余的氧，將粉末壓制成坯或錠后將其熱擠壓成所需形狀，拉拔成型。然而，內(nèi)氧化法存在工藝周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)成本較高，涉及工序多，氧化時(shí)間難以控制等問(wèn)題。
[0004]我國(guó)對(duì)彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的研究始于20世紀(jì)80年代，研究起步較晚，主要問(wèn)題是性能偏低，成本高，且多數(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致我國(guó)的高端制造業(yè)在需要應(yīng)用彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的場(chǎng)合仍以進(jìn)口為主，嚴(yán)重制約和限制了我國(guó)的高端制造業(yè)發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)一種工藝流程短，生產(chǎn)成本低，適宜工業(yè)化生產(chǎn)的制備A1203/Cu復(fù)合材料的方法是非常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決內(nèi)氧化法存在的工藝周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，涉及工序多，氧化時(shí)間難以控制等不足，本發(fā)明提出一種高強(qiáng)高導(dǎo)氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，在不添加外氧化劑Cu20的條件下，進(jìn)行外氧化生成氧化劑制備銅鋁粉;所述方法包括下列步驟:
(1)銅鋁合金的熔煉:以含A1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%-1.2%，余料為銅的比例配置熔煉原料，通過(guò)真空中頻感應(yīng)熔煉的方法，將合金原料熔煉成銅鋁固溶合金； (2)銅鋁粉末的制備:將銅鋁固溶合金通過(guò)氮?dú)忪F化或水霧化制備成銅鋁粉末，粉末尺寸為100目-400目；
(3)外氧化制備銅鋁粉:在不添加外氧化劑Cu20的條件下，將霧化后的銅鋁合金粉末通過(guò)烘箱加熱至200°C_400°C，保溫30-200min，外氧化制備氧化劑Cu20。觀察到銅鋁粉的顏色出現(xiàn)磚紅色為宜(CU20顏色);
(4)真空內(nèi)氧化燒結(jié):將外氧化后的銅鋁粉末包套壓制后在真空條件下進(jìn)行內(nèi)氧化燒結(jié)，溫度800°C-1000°C，保溫時(shí)間0.5-8h ；
(5)熱擠壓成型:將燒結(jié)后的包套坯在800°C_1000°C條件下熱擠壓成圓形棒料、方形料或板料等，擠壓力400-2000t;
(6)拉拔或旋鍛加工成型:將擠壓后的坯料進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。
[0007]本發(fā)明制備的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料組織的掃描電鏡圖如圖2所示，本發(fā)明制備的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料斷口的掃描電鏡圖如圖3所示。
[0008]與其他的制備彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料工藝方法相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):
1、不需添加氧化劑Cu20，通過(guò)外氧化生成氧化劑制備銅鋁粉，省去了外加氧化劑的添加；
2、真空條件下進(jìn)行內(nèi)氧化燒結(jié)，省去了多余氧的還原過(guò)程。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明方法所采取的技術(shù)路線縮短了工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。采用本發(fā)明制備的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度大于500MPa，導(dǎo)電率超過(guò)80%IACS，硬度大于80HRB，軟化溫度高于850°C，具有較高的力學(xué)性能，良好的導(dǎo)電性和抗高溫軟化性能。
[0010]本發(fā)明制備的Al203/Cu復(fù)合材料可應(yīng)用于點(diǎn)焊電極、電阻焊電極、導(dǎo)電彈性材料和集成電路引線框架、微波管結(jié)構(gòu)和連續(xù)鑄鋼結(jié)晶器等場(chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明制備的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的工藝流程；
圖2是本發(fā)明制備的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料組織的掃描電鏡圖；
圖3是本發(fā)明制備的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料斷口的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。
[0013]本發(fā)明【具體實(shí)施方式】如圖1所示。
[0014]實(shí)施例1
(1)銅鋁合金的熔煉:以含A1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，余料為銅的比例配置熔煉原料，通過(guò)真空中頻感應(yīng)熔煉的方法，將合金原料熔煉成銅鋁固溶合金；
(2)銅鋁粉末的制備:將銅鋁固溶合金通過(guò)氮?dú)忪F化或水霧化制備成銅鋁粉末，粉末尺寸為100目；
(3)外氧化制備銅鋁粉:在不添加外氧化劑Cu20的條件下，將霧化后的銅鋁合金粉末通過(guò)烘箱加熱至300°C，保溫50min，外氧化制備氧化劑Cu20。觀察到銅鋁粉的顏色出現(xiàn)磚紅色為宜(CU20顏色)；
(4)真空內(nèi)氧化燒結(jié):將外氧化后的銅鋁粉末包套壓制后在真空條件下進(jìn)行內(nèi)氧化燒結(jié)，溫度900°C，保溫時(shí)間2h;
(5)熱擠壓成型:將燒結(jié)后的包套坯在900°C條件下熱擠壓成圓形棒料、方形料或板料等，擠壓力500t;
(6)拉拔或旋鍛加工成型:將擠壓后的坯料進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。
[0015]實(shí)施例2
(1)銅鋁合金的熔煉:以含A1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，余料為銅的比例配置熔煉原料，通過(guò)真空中頻感應(yīng)熔煉的方法，將合金原料熔煉成銅鋁固溶合金；
(2)銅鋁粉末的制備:將銅鋁固溶合金通過(guò)氮?dú)忪F化或水霧化制備成銅鋁粉末，粉末尺寸為200目；
(3)外氧化制備銅鋁粉:在不添加外氧化劑Cu20的條件下，將霧化后的銅鋁合金粉末通過(guò)烘箱加熱至300°C，保溫60min，外氧化制備氧化劑Cu20。觀察到銅鋁粉的顏色出現(xiàn)磚紅色為宜(CU20顏色)；
(4)真空內(nèi)氧化燒結(jié):將外氧化后的銅鋁粉末包套壓制后在真空條件下進(jìn)行內(nèi)氧化燒結(jié)，溫度850°C，保溫時(shí)間1.5h;
(5)熱擠壓成型:將燒結(jié)后的包套坯在850°C條件下熱擠壓成圓形棒料、方形料或板料等，擠壓力800t;
(6)拉拔或旋鍛加工成型:將擠壓后的坯料進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。
[0016]實(shí)施例3
(1)銅鋁合金的熔煉:以含A1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，余料為銅的比例配置熔煉原料，通過(guò)真空中頻感應(yīng)熔煉的方法，將合金原料熔煉成銅鋁固溶合金；
(2)銅鋁粉末的制備:將銅鋁固溶合金通過(guò)氮?dú)忪F化或水霧化制備成銅鋁粉末，粉末尺寸為400目；
(3)外氧化制備銅鋁粉:在不添加外氧化劑Cu20的條件下，將霧化后的銅鋁合金粉末通過(guò)烘箱加熱至400°C，保溫60min，外氧化制備氧化劑Cu20。觀察到銅鋁粉的顏色出現(xiàn)磚紅色為宜(CU20顏色)；
(4)真空內(nèi)氧化燒結(jié):將外氧化后的銅鋁粉末包套壓制后在真空條件下進(jìn)行內(nèi)氧化燒結(jié)，溫度950°C，保溫時(shí)間3h;
(5)熱擠壓成型:將燒結(jié)后的包套坯在950°C條件下熱擠壓成圓形棒料、方形料或板料等，擠壓力800t;
(6)拉拔或旋鍛加工成型:將擠壓后的坯料進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)高導(dǎo)氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其工藝過(guò)程包括以下步驟: (1)銅鋁合金的熔煉:以含A1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%-1.2%，余料為銅的比例配置熔煉原料，通過(guò)真空中頻感應(yīng)熔煉的方法，將合金原料熔煉成銅鋁固溶合金； (2)銅鋁粉末的制備:將銅鋁固溶合金通過(guò)氮?dú)忪F化或水霧化制備成銅鋁粉末，粉末尺寸為100目-400目； (3)外氧化制備銅鋁粉:在不添加外氧化劑Cu20的條件下，將霧化后的銅鋁合金粉末通過(guò)烘箱加熱至200°C_400°C，保溫30-200min，外氧化制備氧化劑Cu20;觀察到銅鋁粉的顏色出現(xiàn)磚紅色為宜； (4)真空內(nèi)氧化燒結(jié):將外氧化后的銅鋁粉末包套壓制后在真空條件下進(jìn)行內(nèi)氧化燒結(jié)，溫度800°C-1000°C，保溫時(shí)間0.5-8h ； (5)熱擠壓成型:將燒結(jié)后的包套坯在800°C_1000°C條件下熱擠壓成圓形棒料、方形料或板料等，擠壓力400-2000t; (6)拉拔或旋鍛加工成型:將擠壓后的坯料進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。
【專利摘要】一種高強(qiáng)高導(dǎo)氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的制備方法，在不添加氧化劑的條件下進(jìn)行外氧化生成氧化劑制備銅鋁粉，所述方法包括銅鋁合金的熔煉、霧化制粉、外氧化制備、真空內(nèi)氧化燒結(jié)、熱擠壓成型、拉拔或旋鍛加工成型等工藝過(guò)程。具有工藝流程短、生產(chǎn)成本低、適宜工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。制備的產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度大于500MPa，導(dǎo)電率超過(guò)80%IACS，硬度大于80HRB，軟化溫度高于850℃，具有較高的力學(xué)性能，良好的導(dǎo)電性和抗高溫軟化性能。本發(fā)明制備的Al2O3/Cu復(fù)合材料可應(yīng)用于點(diǎn)焊電極、電阻焊電極、導(dǎo)電彈性材料和集成電路引線框架、微波管結(jié)構(gòu)和連續(xù)鑄鋼結(jié)晶器等場(chǎng)合。
【IPC分類】C22C32/00, C22C1/10, C22C9/01
【公開(kāi)號(hào)】CN105483419
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610046813
【發(fā)明人】陸德平, 廖先金, 陸磊
【申請(qǐng)人】江西省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2016年1月25日