CN102796912A - 一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：采用Cu-Al合金粉末，其中Al的质量百分比为0.6-0.7％，粉末粒度为-200目，将该Cu-Al合金粉末与占该粉末重量1.2-1.4％的CuO粉末混合，装入不锈钢密闭容器内密封，抽真空至10-2Pa，加热到约820-840℃进行内氧化约10-12小时，然后将内氧化后的合金粉破碎、筛分，于氢气还原炉内还原，还原温度约820℃-840℃，时间约2-3小时；得Cu-Al2O3合金粉；然后将该合金粉末装入紫铜皮包套，包套厚度约0.5-1mm，真空封焊，然后进行热挤压处理，热挤压温度为约955℃-965℃；冷却后进行车削加工去除表面的紫铜皮，获得Al2O3弥散强化铜合金棒材。
Description
技术领域
本发明涉及铜基复合材料领域，特别涉及一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法。
背景技术
退火态纯铜导电性虽高(98～102％IACS)，但强度太低(σ0.2仅40MPa)，由于其屈服强度低，使无氧铜很容易变形。近年来发展的高导铜合金如Cu-Zr，Cu-B，Cu-Ag等，导电率可达98％IACS以上，但经高温退火稳定化处理后，σ0.2只能达到80Mpa，屈服强度较低，影响其在工业上的应用。沉淀强化型铜合金，如Cu-Cr-Zr、Cu-Ni-Si、Cu-Fe-P等，在冷加工时效态下强度指标虽可达到σb＝500MPa，σ0.2＝450MPa，但导电率偏低，仅为75％IACS左右，该合金经高温退火稳定性处理后，强度和导电率均急剧下降，只能达到σb＝280MPa，σ0.2＝80MPa，导电率为60％IACS左右。铍青铜、普通黄铜、青铜等电导率多在10～50％IACS左右。弥散强化铜合金是一类具有高强度、高导电、抗高温退火软化特性的铜合金，Cu-Al2O3合金是其重要的一类。正是由于具有这些优异特性，Cu-Al2O3合金适于受控热核反应热沉部件的制造，还特别适合于微波管栅网、惯性仪表传感器、粒子加速器等高精密件等应用。
Cu-Al2O3合金的生产方法主要有内氧化法，内氧化法的要点是将Cu-Al合金放在氧化性气氛中氧化，合金高纯化技术可使弥散铜合金在保持高强度、抗退火软化的前提下，大幅度提高其导电性。国内外已公开了一些Cu-Al2O3合金的制备技术，其中典型的专利有：US5,551,970，US5071618，JP8109422-A，EP364295-A，US4315777，CN1563447-A，JP7062467-A等。这些专利公开的方法可归纳如下：将Cu-Al合金粉末和Cu2O(氧化剂)粉末按生成Al2O3所需化学比混合，以粉末状态装入容器中于850℃～950℃保温0.5～1h，利用Cu2O放出氧来使Cu-Al合金粉末内氧化成Cu-Al2O3粉末，再经800℃～900℃1h氢气还原除去Cu-Al2O3粉末或粉末坯锭中的残留氧。专利JP7062467-A提出的方法是将铜的氧化物粉末和Al2O3粒子粉末进行球磨混合，在400℃还原气氛中加脱氧组元C或B，还原铜的氧化物，然后压型、烧结制备Cu-Al2O3合金，专利JP8109422-A也提出了类似的方法。在上述各方法中，Cu-Al2O3合金粉末或粉末坯锭经热挤压等后续工序加工成致密的Cu-Al2O3合金材料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种具有高强度、高导电、抗退火、无磁、电导率高于98％IACS的Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：采用Cu-Al合金粉末，其中Al的质量百分比为0.6-0.7％，粉末粒度为-200目，将该Cu-Al合金粉末与占该粉末重量1.2-1.4％的CuO粉末混合，装入不锈钢密闭容器内密封，抽真空至10-2Pa，加热到约820-840℃进行内氧化约10-12小时，然后将内氧化后的合金粉破碎、筛分，于氢气还原炉内还原，还原温度约820℃-840℃，时间约2-3小时；得Cu-Al2O3合金粉；然后将该合金粉末装入紫铜皮包套，包套厚度约0.5-1mm，真空封焊，然后进行热挤压处理，热挤压温度为约955℃-965℃；冷却后进行车削加工去除表面的紫铜皮，获得Al2O3弥散强化铜合金棒材。
本发明的制备方法具有如下有益效果：
1)采用热挤压制备的Al2O3弥散强化铜合金棒材的晶粒被拉长、细化、晶粒细小、组织均匀；纳米Al2O3粒子钉扎位错，位错在弥散分布的纳米Al2O3粒子周围缠结，因此，微观结构好。
2)采用本发明的热挤压法制备的Al2O3弥散强化铜合金棒材的显微硬度达到135HV和导电率达到98％IACS以上；抗拉强度达到450MPa。可见，采用该方法制备的弥散铜具有高强度、高导电性等优点。
3)本发明的制备方法在大量实验的基础上，确定了原始Cu-Al合金中的A类的比例，并优化了CuO的比例。精确控制内氧化及还原工艺参数以及热挤压的温度参数，从而使得制备的棒材的性能优异。
4)本发明的方法比传统工艺流程短，大大缩短了Al2O3弥散强化铜合金棒材的生产周期，降低了成本，提高了生产效率。
具体实施方式
实施例一
一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：采用Cu-Al合金粉末，其中Al的质量百分比为0.6％，粉末粒度为-200目，将该Cu-Al合金粉末与占该粉末重量1.4％的CuO粉末混合，装入不锈钢密闭容器内密封，抽真空至10-2Pa，加热到约820℃进行内氧化约12小时，然后将内氧化后的合金粉破碎、筛分，于氢气还原炉内还原，还原温度约820℃，时间约3小时；得Cu-Al2O3合金粉；然后将该合金粉末装入紫铜皮包套，包套厚度约0.5mm，真空封焊，然后进行热挤压处理，热挤压温度为约965℃；冷却后进行车削加工去除表面的紫铜皮，获得Al2O3弥散强化铜合金棒材。
实施例二
一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：采用Cu-Al合金粉末，其中Al的质量百分比为0.7％，粉末粒度为-200目，将该Cu-Al合金粉末与占该粉末重量1.2％的CuO粉末混合，装入不锈钢密闭容器内密封，抽真空至10-2Pa，加热到约840℃进行内氧化约10小时，然后将内氧化后的合金粉破碎、筛分，于氢气还原炉内还原，还原温度约840℃，时间约2小时；得Cu-Al2O3合金粉；然后将该合金粉末装入紫铜皮包套，包套厚度约1mm，真空封焊，然后进行热挤压处理，热挤压温度为约955℃；冷却后进行车削加工去除表面的紫铜皮，获得Al2O3弥散强化铜合金棒材。
实施例三
一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：采用Cu-Al合金粉末，其中Al的质量百分比为0.65％，粉末粒度为-200目，将该Cu-Al合金粉末与占该粉末重量1.3％的CuO粉末混合，装入不锈钢密闭容器内密封，抽真空至10-2Pa，加热到约830℃进行内氧化约11小时，然后将内氧化后的合金粉破碎、筛分，于氢气还原炉内还原，还原温度约830℃，时间约2.5小时；得Cu-Al2O3合金粉；然后将该合金粉末装入紫铜皮包套，包套厚度约0.8mm，真空封焊，然后进行热挤压处理，热挤压温度为约960℃；冷却后进行车削加工去除表面的紫铜皮，获得Al2O3弥散强化铜合金棒材。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (2)
1.一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用Cu-Al合金粉末，其中Al的质量百分比为0.6-0.7％，粉末粒度为-200目，将该Cu-Al合金粉末与占该粉末重量1.2-1.4％的CuO粉末混合，装入不锈钢密闭容器内密封，抽真空至10-2Pa，加热到约820-840℃进行内氧化约10-12小时，然后将内氧化后的合金粉破碎、筛分，于氢气还原炉内还原，还原温度约820℃-840℃，时间约2-3小时；得Cu-Al2O3合金粉；然后将该合金粉末装入紫铜皮包套，包套厚度约0.5-1mm，真空封焊，然后进行热挤压处理，热挤压温度为约955℃-965℃；冷却后进行车削加工去除表面的紫铜皮，获得Al2O3弥散强化铜合金棒材。
2.如权利要求1所述的一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法，其特征在于，采用Cu-Al合金粉末，其中Al的质量百分比为0.65％，粉末粒度为-200目，将该Cu-Al合金粉末与占该粉末重量1.3％的CuO粉末混合，装入不锈钢密闭容器内密封，抽真空至10-2Pa，加热到约830℃进行内氧化约11小时，然后将内氧化后的合金粉破碎、筛分，于氢气还原炉内还原，还原温度约830℃，时间约2.5小时；得Cu-Al2O3合金粉；然后将该合金粉末装入紫铜皮包套，包套厚度约0.8mm，真空封焊，然后进行热挤压处理，热挤压温度为约960℃；冷却后进行车削加工去除表面的紫铜皮，获得Al2O3弥散强化铜合金棒材。
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