CN103276230B - 一种氧化铝弥散强化铜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氧化铝弥散强化铜的制备方法，包括含Al3O2铜粉的木炭还原制备法、铜粉表面活化预处理、铜粉装填盘卷、盘卷材等静压处理、还原性烧结、致密性烧结、冷却、一次旋锻加工、Al2O3的а相晶型固溶热处理和铜再结晶热处理、二次旋锻加工等步骤制得成品。该方法性能指标高而且稳定、能耗低、投入少、成材率高、单只重量大。

Description

一种氧化铝弥散强化铜的制备方法

技术领域

本发明涉及属于金属材料领域，特别涉及一种氧化铝弥散强化铜的制备方法。

背景技术

弥散强化铜合金(DispersionStrengthened Copper，简称DSC)是具有优良综合物理力学性能的铜基材料，具有较高的比强度、比模量，良好的导热性、导电性、耐磨性、高温性能，较低的热膨胀系数，较高的尺寸稳定性等综合性能。弥散强化铜的屈服强度和抗拉强度高,甚至退火后仍保有大部分屈服强度，退火可以提高铜合金的延性,但由于弥散强化铜的屈服强度保有率高,因此在高传导性铜合金中,加工硬化的弥散强化铜屈服强度最高。弥散强化铜的强度可与多种钢相媲美,而传导性却与铜相似。氧化铝弥散强化铜材料的物理性能与纯铜的非常相似,它不但强度高,电导率和热导率也高；即使长时间暴露于接近铜基体熔点的温度(800-900℃)之下,依然能保持很好的强度和传导性能，因此使用温度范围很大，使用领域更广泛。氧化铝弥散强化铜可应用于电力、电子、机械等工业领域.可用做电气工程开关触桥、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、大功率异步牵引电动机转子、电气化铁路接触导线(电车线)、热核实验反应堆(ITER)偏滤器垂直靶散热片、高脉冲磁场导体材料等.并且在这些领域有着其它材料不可替代的优势；尤其是作为现在逐步提速的高速电气化铁路接触导线(电车线),比铬锆铜材料具有更优秀的高强高导工程应用耐久稳定性,是重要的新型备选材料。

在国外，内氧化法生产弥散铜的研究已进入实用阶段，美国俄亥俄洲的SCM公司已形成月产18吨、四种牌号(C15710、C15720、C15735、C15760)Cu-Al₂O₃的生产规模，目前德国、俄罗斯、日本弥散强化铜合金的也已生产，该产品生产工艺仍然在保密中。

在国内，洛阳某铜公司与中南某大学较早开展了内氧化法制备Al₂O₃/Cu弥散强化铜合金的研究，200410029836.0公开了其制备方法，采用对弥散铜等静压锭进行一次性内氧化和烧结的工艺，生产效率有所提高，但由于产品性能的稳定性方面均存在不少的问题，因此没能规模化投放市场。近年来，对弥散强化铜进行研究、试验和尝试生产的单位先后有北京有色研究院、昆明和河北等相关的科研院所和公司；其中北京某有色研究院的弥散铜材料主要为低、中等铝含量(Al的比例为0.1-0.3％左右)，性能与国外有较大差距；其它科研院、公司由于存在批量生产产品性能不稳定等问题，相继放弃该项目。因此，目前国内弥散强化铜棒材事实上依然依赖进口，在军用高端电真空和无冷却超强电流线圈、导体(如电磁炮元件)领域，受到国外的进口限制。

上述国内各单位制备弥散强化铜的方法是相似的，通常包括制取铜-铝合金粉末、氧源制作、混料、冷等静压制作短粗锭、综合热处理、锭加热至高温、热挤压、冷加工、性能检测等步骤，这些方法在商业化生产中有以下共同缺点：

1)能耗高、成本高、质量不稳定：由于需要多次热加工，因此能耗高；同时热挤压特别是第一次热挤压时，坯料棒材里层外层分层、产生裂纹，因此造成成材率低、单支成品重量低；同时该方法生产设备投入大，难以广泛推广。

以北京某有色金属研究院和洛阳某铜加工企业工艺为例，其方法采用：用冷等静压制作出最大直径220mm-230mm、长度250-350mm、重量在100Kg的短粗锭第一次在2800-3200吨挤压力的热挤压机上挤压至直径90mm-60mm的棒坯，由于受限于热挤压机的挤压力和热作模具性能的影响，挤压比不能过大，所以第一次挤压坯料理想重量在70Kg左右，理想成材率70％；事实上，由于铜-铝合金粉末在挤压桶内的挤出形变速度不一致，造成坯料易于出现内外分层、缩尾、开裂等缺陷，导致报废和较多的修磨，造成工艺切头尾的长度不能确定，因此实际可流转进入下道工序的坯料成材率仅50％左右；同时由于直径90mm-60mm的棒坯难以冷加工至较小的成品规格(一般小于直径20mm)，所以把上述直径90mm-60mm的棒坯定尺切断至直径90mm-60mm、长度200mm左右、单只重量10Kg左右的小锭；将小锭加热至880℃左右后，在600-800吨挤压力的挤压机上进行二次挤压，最终成品棒单只重量小于8Kg，最终综合成材率小于35％。

2)产品质量低：产品弥散强化铜棒材中杂质氧含量难以控制，平均杂质氧含量＞150ppm,不能满足制作电真空元器件的原料要求。由于上述工艺在热挤压前，必须对粉末等静压锭进行高温加热，尽管可以采取一定的防护措施，但是空气中氧对粉末等静压锭的高温氧化造成材料含氧量高难以避免，尤其是粉末等静压锭微观上存在大量微孔间隙，造成氧含量沿锭的半径方向从内向外逐渐升高，而且在挤压后渗入的氧存留在内部基体中无法消除，导致产品质量低，性能差。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种单只重量大、质量稳定、短流程、成材率高的氧化铝弥散强化铜棒线的制备方法。

技术方案：本发明提供的一种氧化铝弥散强化铜的制备方法，包括以下步骤：

(1)预处理：将氧化铝-铜混合粉料于硼砂水溶液中浸泡、烘干；预处理后可显著提高氧化铝-铜混合粉料在烧结时的表面结合力，提高的铜棒坯的烧结密度；

(2)等静压处理：将预处理后的混合粉料置于耐压橡胶或乳胶薄壁管内并绕成盘绕的线卷状，置于等静压机内进行等静压处理，使氧化铝-铜混合粉料在耐压橡胶或乳胶薄壁管内被压结成卷状棒材；

(3)还原性烧结：将耐压橡胶或乳胶薄壁管置于真空烧结炉内，同时加入木炭(木炭有轻微损耗，可重复使用)，800-850℃进行真空还原性烧结；将耐压橡胶或乳胶薄壁管整体置于真空烧结炉内烧结，同时加入木炭，一方面耐压橡胶或乳胶薄壁管发生碳化产生复杂的还原性气体，另一方面木炭在高温下与炉内残余的氧生成还原性气体一氧化碳，确保了炉内为还原性气氛；氧化铝-铜混合粉料在烧结致密前，还原性气体渗透进入等静压处理后的的棒坯微孔间隙中，将棒材内微量的氧化亚铜和氧化铜进一步还原，从而降低最终成品的氧含量；

(4)致密性烧结：将真空烧结炉升温至940℃-990℃进行真空致密性烧结；该过程中，还原性烧结后的棒材在步骤(1)浸泡残留的浓度为ppm级的极微量硼砂的促焊作用下，烧结为相对密度93％-95％的棒材；同时，耐压橡胶或乳胶薄壁管充分碳化并从铜棒坯料表面剥离；

(5)冷却：向真空烧结炉内充入氮气，冷却至室温，得氧化铝弥散强化铜棒坯料；

(6)一次旋锻加工：将氧化铝弥散强化铜棒坯料于旋锻机上进行旋锻加工，从而使氧化铝弥散强化铜棒坯料的相对密度提高到97％以上；

(7)热处理：将旋锻加工后的坯料于真空烧结炉内950℃-980℃真空再结晶热处理后，快速水冷；再结晶热处理过程中，坯料中的铜和氧化铝晶粒长大，微小的缺陷减少，塑性提高，相对密度提高到99％以上；而快速水冷能够增加产品中坚硬的α相晶型的氧化铝的含量、消除松散的γ相晶型的氧化铝的含量，充分发挥氧化铝弥散质点的强化作用，从而大大提高了产品的强度；该步骤能够一次性完成铜再结晶和氧化铝的α相晶型固溶，铜基体再结晶能够消除微观缺陷，氧化铝的α相晶型固溶能够改善产品的导电率和加工硬化率，实现产品的高强度；

(8)二次旋锻加工：将再结晶热处理后的坯料快速水冷于旋锻机上进行旋锻加工，即得；该步骤能够通过进一步提高产品密度到1和塑性变形从而实现弥散强化。

步骤(1)中，所述氧化铝-铜混合粉料中氧化铝粉的质量百分比为0.1-1.5％。

步骤(1)中，所述硼砂水溶液的质量百分比浓度为0.5-1.5％，浸泡温度为常温，烘干温度为80-90℃；所述硼砂水溶液与氧化铝-铜混合粉料的重量比为1：(2-3)。

步骤(2)中，耐压橡胶或乳胶薄壁管的内径为25-45mm、壁厚为1.5-3mm，其长度按需要制得的产品重量计算确定。

步骤(2)中，等静压处理的等静压力为200MPa-300MPa，等静压处理的保压时间为30-60秒。

步骤(3)中，真空烧结炉内真空度为0.05-0.20MPa，还原性烧结时间为100-140min；木炭的质量为混合粉料的质量的2％以上，优选2-5％。

步骤(4)中，真空烧结炉内真空度为0.05-0.20MPa，致密性烧结时间为100-140min。

步骤(6)中，一次旋锻加工后，塑性变形延伸系数达1.3以上

步骤(5)中，充入氮气后，真空烧结炉内气压为0.4-0.6个大气压。

步骤(7)中，真空烧结炉内真空度为0.05-0.20MPa，再结晶热处理时间为100-140min；水冷时间为20s内。

步骤(8)中，二次旋锻加工后塑性变形延伸系数达1.35以上。

步骤(8)中，若制得的产品规格较小可继续拉伸加工或旋锻加工至所需规格，必要时可进行中间退火以便得到继续加工的塑性。

其中，步骤(1)中，原位复合的氧化铝-铜混合粉料的制备方法为：

A.将铝的质量百分数为0.1％-0.6％铝-铜混合粉末于350℃保温反应6-10h；从而使铜粉表层以氧化铜的形式携带氧元素；

B.将步骤A的产物置于真空度为0.1MPa的真空烧结炉内，充入0.5个大气压的氮气，700℃-750℃保温反应2-3h，冷却；发生两类反应：其一，铜粉表层携带的氧元素向铜粉内部扩散，由于铝比铜与氧结合的趋势更强，因此氧元素优先与铝生成氧化铝，Al+CuO→Al₂O₃+Cu；其二，氧化铜(CuO)在负压氮气环境和700℃-750℃温度下分解为氧化亚铜，CuO(黑色)---(负压、N2、700℃-750℃)---→Cu₂O(砖红色)；此时，已完成了每一粒细微铜粉中含有的铝(Al)元素向氧化铝的原位转化，然而，还有多余的氧元素(O)以氧化亚铜(Cu₂O)形式存在需要去除；

C.将步骤B的产物置于真空退火炉内，同时放入装有木炭的敞口容器，木炭重量≥铝-铜混合粉末重量的2％，抽真空至真空度40MPa-50MPa以保留微量的空气，升温至850℃反应，即得原位复合的氧化铝-铜混合粉料；具体而言，发生以下连锁反应：微量空气中的氧在高温下与过量的木炭生成一氧化碳气体，一氧化碳气体还原氧化亚铜(Cu₂O)成为单质铜和二氧化碳，二氧化碳与过量的木炭再次生成一氧化碳，一氧化碳继续还原氧化亚铜(Cu₂O)成为单质铜和二氧化碳，如此循环进行，直到氧化亚铜(Cu₂O)全部还原成为含有氧化铝的单质铜；由于铝(Al)元素比铜元素(Cu)的标准生成自由焓△G°更低，所以氧化铝比氧化亚铜不容易被一氧化碳〕还原，在上述的温度和各种气体的分压值条件下氧化铝是稳定的，仅有氧化亚铜被还原；实际操作中，如果真空压力不在继续上升，就表明氧化亚铜全部还原成为含有氧化铝的单质铜，因为不再有新的氧用于生成新的一氧化碳气体。

有益效果：

本发明提供的氧化铝弥散强化铜在性能方面杂质氧含量低、导电率高、单只重量大能耗低、投入少、成材率高、质量稳定、环保。

具体而言，相对于现有技术，具有以下突出的优势：

1.单只重量大

单支重量指标是一个重要的工程应用指标。本发明中用原位复合的氧化铝-铜混合粉料装管后由于是以盘卷形状进行等静压和烧结，所以在有限的等静压机和烧结炉工作空间内可以制作单卷重量较的大的单只棒坯。申请人实验中尽管限于现有制造设备尺寸，然而也能容易制造单卷达60Kg的棒坯；而国内各单位，以北京某有色金属研究院和洛阳某铜加工企业工艺为例，采用的包括制取铜-铝合金粉末、氧源制作、混料、冷等静压制作短粗锭、综合热处理、锭加热至高温、热挤压、冷加工、性能检测等工艺生产出来的最大单只重量在10Kg左右。

由于无水冷强电流电缆和线圈(如电磁炮线圈制作)对弥散强化铜棒的长度有一定要求，北京某有色金属研究院和洛阳某铜加工企业均不能提供符合的产品。同时，弥散强化铜线材是重要的高速铁路架空导线的备选材料，是在时速大于350km/小时以后替代铬锆铜的性能最优选材料，但是单根直径12.5mm、1100m以上时，其重量大于1.2吨/根，这种指标是用短锭热挤压不可能做到的，而通过本发明工艺方法能够实现。

2.杂质氧含量低。

弥散强化铜棒化学成份中，除了化合态存在于氧化铝中的氧元素之外，其余的氧是杂质氧，杂质氧会影响导电率、高温强度，特别是作为电真空元件的材料使用时会出现氢脆现象，出现裂纹。

国内各单位采用的包括制取铜-铝合金粉末、氧源制作、混料、冷等静压制作短粗锭、综合热处理、锭加热至高温、热挤压、冷加工、性能检测等工艺生产出来的弥散强化铜棒材中杂质氧含量难以控制，平均杂质氧含量＞150ppm,不能满足制作电真空元器件的原料要求。由于上述工艺在热挤压前，必须对粉末等静压锭进行高温加热，尽管可以采取一定的防护措施，但是空气中氧对粉末等静压锭的高温氧化造成材料含氧量高难以避免，尤其是粉末等静压锭微观上存在大量微孔间隙，造成氧含量沿锭的半径方向从内向外逐渐升高，而且在挤压后渗入的氧存留在内部基体中无法消除，导致产品质量低，性能差。

本发明工艺方法不仅没有挤压前的加热和挤压时的紊流氧化环节，而且专门在致密性烧结前进行还原予烧结，进一步降低了存留于坯料中的氧；烧结后的棒坯进行常温旋锻加工，不会导致氧含量的增加，本方法制造的弥散强化铜棒杂质氧含量(氢脆法检测)≯20ppm，可以应用于更广泛的领域。

3.导电率高

含有铝(Al)元素的铜粉在进行内氧化处理时，如果氧源不充分或者扩散困难，会有部分铝(Al)元素最终没有形成氧化铝而仍以铝(Al)元素保留在铜的机体内，残留的铝(Al)元素会降低铜的导电率。

为了使铝元素充分被氧化，现有方法采用：把氧化亚铜作为氧源按一定比例(一般1:10左右)与含有铝(Al)元素的铜粉混合，，在密闭炉体内加热，把氧化亚铜的氧向含有铝(Al)元素的铜粉内部转移，由于氧需要颗粒跨界面扩散，所以由自身表面向自身内部扩散速度慢且不够充分，因此产品导电率不佳；同时，还可能需要用氢气(H₂)还原过量氧，为了防止爆炸，一般用氢气(H₂)还原过量氧的还原炉为半开放通过式的，强制通入的氢气(H₂)消耗量大，成本高。

本方法采用木炭在高温下产生的介质气体还原过量氧，通过链式反应，生成的还原性气体一氧化碳的量取决于混合粉料中的残氧量，因此安全性高，成本低，木炭消耗少，可重复利用，可以充分的对混合粉料中的过量氧进行还原。

4、设备投入少、制造流程短、成材率高

由于弥散强化铜具有高温强度高的特点，如果采用热挤压法，就必须依赖于大型的挤压机，例如北京某有色金属研究院首道次是借助于陕西宝鸡某钛合金加工厂3200吨大型挤压机(功率：3500kW)，第二道次是在自有的600吨挤压机上进行，能耗高、占地大。本发明工艺方法直接通过烧结制造成卷的棒坯，电炉功率仅仅90kW，同时，本方法棒坯的规格和热挤压法第二道次挤压后的规格相近，缩短了流程。为了达到热挤压法相同的金属相对密度，本方法依靠小型、低价的设备，采用：铜粉表面活化处理+第一次旋锻+Al₂O₃的α相晶型固溶热处理和铜再结晶处理+第二次旋锻的组合工艺，同样达到了热挤压的金属相对密度。热挤压法挤压机来制作棒坯的方法一次挤压成材率70％，二次挤压后综合工艺成材率50％不到，加上质量报废，实际成材率更低；同时由于工艺特点造成压余、缩尾、切头等工艺废料实得成才率很难超过50％；而本方法的实得成才率94％以上。

5、该方法工艺质量风险小，批量生产质量稳定。

附图说明

图1为本发明弥散强化铜的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

以下实施例所用到的设备分别为：

水压等静压机，中航工业川西机器有限责任公司制造，其缸桶直径550mm、内高1100mm、最大压强350Mpa；

真空烧结炉，苏州恒和电炉有限公司制造，功率90kW，直径950mm、内高1000mm；

旋锻机，西安创新精密仪器研究所，型号：X50；

本发明中，相对密度是指制得的产品密度与含铝0.1％-0.6％的熔铸加工铜密度的比值。

实施例1

含氧化铝重量百分比1.1％、直径盘卷弥散强化铜棒线，其制备工艺如下：

(1)对含有质量百分比0.6％铝(Al)元素的铜粉进行以下工序处理制备成原位复合的含氧化铝重量百分比1.1％氧化铝-铜混合粉料：

A、称取铝质量百分数为0.6％的铝-铜混合粉末200Kg装入4个不锈钢盘内，然后放入电阻炉内350℃保温6-10h，铜粉成黑色；

B、把步骤A的产物放在真空退火炉内，抽真空至真空度0.1MPa后冲入氮气(N₂)至半个大气压，以700℃-750℃保温2-3h，随炉冷却；出炉后混合粉末成砖红色；

C、把步骤B的产物放在真空退火炉内，同时放入装有5Kg木炭的敞口铁桶，抽真空至真空度40MPa-50MPa，升温至850℃反应，实际操作中如果真空压力不继续上升，就表明氧化亚铜(Cu₂O)全部还原成为含有氧化铝的单质铜，取出即得，此时铜粉的成份为：氧化铝的质量百分数1.1％。

(2)表面活化预处理：称取步骤(1)得到的经过原位复合内氧化处理的含有氧化铝重量百分比为1.1％的氧化铝-铜混合粉料120Kg，置于容积100升不锈钢混料机内，加入0.7％硼砂水溶液50Kg，常温下开动混料机混合10min；过滤，沉淀在粉末烘干机内以90℃温度烘干3小时，用混料机把假性团聚破碎成粉；

(3)等静压处理：用振动填充管把经步骤1预处理后混合粉料装入内径35mm、壁厚2.5mm、长度8.8m的耐压橡胶薄壁管内，每个橡胶薄壁管装60Kg氧化铝-铜混合粉料，共装2只橡胶薄壁管,两端用锥度圆钢堵头封住；将橡胶薄壁管沿中间带有直径400mm凸台的不锈钢托架的凸台外侧盘绕成线卷状；把上述托盘的整体吊起放入水压等静压机内，以300Mpa的等静压力、保压时间为30秒进行等静压处理，使混合粉料在耐压橡胶或乳胶薄壁管内被压结成卷状棒材；

(4)还原性烧结：把上述托盘及在托盘上耐压橡胶薄壁管内的压结成卷状的棒材整体吊起，用压缩空气吹去耐压橡胶薄壁管外壁附着的少量水后，连同托盘一起放入真空烧结炉内；在壁上打孔的铁桶内装4Kg木炭同时放入真空烧结炉内，对真空烧结炉抽真空至真空度0.1MPa；升温至800℃并保温120分钟进行还原性烧结，期间需要间断地抽真空，以保持低压；

(5)致密性烧结：真空度0.1MPa下，将真空烧结炉升温至970℃保温120分钟进行致密性烧结；

(6)冷却：向炉内充入氮气至1/2个大气压，冷却至常温后，打开炉盖，得氧化铝弥散强化铜棒坯料，连同托盘整体吊出；由于致密性烧结收缩，出炉后的氧化铝弥散强化铜棒坯料直径变化为截面局部圆度不规则，相对密度为93％，重量为单卷60公斤，总重120公斤，无损耗；

(7)旋锻加工：将氧化铝弥散强化铜棒坯料在旋锻机上进行旋锻加工，旋锻机的进口端和出口端分别装配有对盘卷弥散强化铜棒坯料进行开卷的开卷矫直机和收线机，旋锻加工工艺为(单位mm)：

经过两次旋锻加工后，氧化铝弥散强化铜棒坯料的相对密度提高到98.2％；

(8)对再结晶热处理：真空度0.1MPa下，经过旋锻加工的氧化铝弥散强化铜棒坯料于真空烧结炉内960℃保温120分钟进行真空再结晶热处理，出炉后20s内快速水冷；相对密度提高到99.2％；

(9)二次旋锻加工：将再结晶热处理后的坯料进行二次旋锻加工和拉拔加工，直至成品尺寸在过程中增加真空高温热处理，具体工艺如下：

由于拉拔加工的制头造成切头废料，至成品规格两卷总重112Kg,综合成材率93％。

上述产品经检测，性能指标为：洛氏硬度HRB 83；抗拉强度σb650MPa；规定比例塑性延伸强度σ_0.2555MPa；延伸率(短标距)13％；导电率IACS,％78；软化温度(保留≥80％20℃环境下抗拉强度的最高温度)920℃；杂质氧含量(氢脆法检测)≯20ppm.

上述方法生产的产品盘卷弥散强化铜棒线，质量达到国际同类产品指标，单卷重量超出目前市场存在的产品。

实施例2

含氧化铝重量百分比0.1％、直径长度2500mm散强化铜棒，其制备工艺如下：

1、预处理：利用实施例1的步骤(1)中的方法制备原位复合的含氧化铝重量百分比0.1％的氧化铝-铜混合粉料，称取相同于上述经过原位复合内氧化处理的含有氧化铝重量百分比为0.1％的氧化铝-铜混合粉料150Kg，置于容积100升不锈钢混料机内，加入0.5％硼砂水溶液50Kg，20℃开动混料机混合10min；过滤，沉淀在粉末烘干机内以80℃温度烘干5小时，用混料机把假性团聚破碎成粉；

2、等静压处理：用振动填充管把经步骤1预处理后混合粉料装入内径35mm、壁厚1.5mm、长度11m的耐压橡胶薄壁管内，每个橡胶薄壁管装75Kg氧化铝-铜混合粉料，共装2只橡胶薄壁管,两端用锥度圆钢堵头封住；将橡胶薄壁管沿中间带有直径400mm凸台的不锈钢托架的凸台外侧盘绕成线卷状；把上述托盘的整体吊起放入水压等静压机内，以200Mp的等静压力、保压时间为60秒进行等静压处理，使混合粉料在耐压橡胶或乳胶薄壁管内被压结成卷状棒材；

3、还原性烧结：把上述托盘及在托盘上耐压橡胶薄壁管内的压结成卷状的棒材整体吊起，用压缩空气吹去耐压橡胶薄壁管外壁附着的少量水后，连同托盘一起放入真空烧结炉内；在壁上打孔的铁桶内装3Kg木炭同时放入真空烧结炉内，对真空烧结炉抽真空至真空度0.05-0.20MPa；升温至820℃并保温140分钟进行还原性烧结，期间需要间断地抽真空，以保持低压；

4、致密性烧结：真空度0.05-0.20MPa下，将真空烧结炉升温至940℃保温140分钟进行致密性烧结；

5、冷却：向炉内充入氮气至0.4个大气压，冷却至常温后，打开炉盖，得氧化铝弥散强化铜棒坯料，连同托盘整体吊出；由于致密性烧结收缩，出炉后的氧化铝弥散强化铜棒坯料直径变化为截面局部圆度不规则，相对密度为95％，重量为单卷75公斤，总重150公斤，无损耗；

6、旋锻加工：将氧化铝弥散强化铜棒坯料在旋锻机上进行旋锻加工，旋锻机的进口端和出口端分别装配有对盘卷弥散强化铜棒坯料进行开卷的开卷矫直机和收线机，旋锻加工工艺为(单位mm)：

经过两次旋锻加工后，氧化铝弥散强化铜棒坯料的相对密度提高到98.6％；

7、对再结晶热处理：真空度0.05-0.20MPa下，经过旋锻加工的氧化铝弥散强化铜棒坯料于真空烧结炉内950℃保温140分钟进行真空热处理，出炉后20s内快速水冷；相对密度提高到99.3％；

8、二次旋锻加工：将再热处理后的坯料进行二次旋锻加工和拉拔加工，直至成品尺寸，在过程中增加真空高温热处理，具体工艺如下：

由于拉拔加工的制头切除废料和长度定尺余料，至成品规格，总重132Kg,综合成材率88％。

上述产品经检测，性能指标为：洛氏硬度HRB 80；抗拉强度σb630MPa；规定比例塑性延伸强度σ_0.2520MPa；延伸率(短标距)10％；导电率IACS,％78；软化温度(保留≥80％20℃环境下抗拉强度的最高温度)910℃；杂质氧含量(氢脆法检测)≯20ppm.实施例3

含氧化铝重量百分比1.5％、直径盘卷弥散强化铜线，其制备工艺如下：

1、预处理：利用实施例1的步骤(1)中的方法制备原位复合的含氧化铝重量百分比1.5％的氧化铝-铜混合粉料，称取经过原位复合内氧化处理的含有氧化铝重量百分比为1.5％的氧化铝-铜混合粉料120Kg，置于容积100升不锈钢混料机内，加入1.5％硼砂水溶液60Kg，30℃开动混料机混合10min；过滤，沉淀在粉末烘干机内以85℃温度烘干4小时，用混料机把假性团聚破碎成粉；

2、等静压处理：用振动填充管把经步骤1预处理后混合粉料装入内径35mm、壁厚3mm、长度约8.8m的耐压橡胶薄壁管内(可根据需要选择不同内径的耐压橡胶薄壁管或乳胶薄壁管)，每个橡胶薄壁管装60Kg氧化铝-铜混合粉料，共装2只橡胶薄壁管,两端用锥度圆钢堵头封住；将橡胶薄壁管沿中间带有直径400mm凸台的不锈钢托架的凸台外侧盘绕成线卷状；把上述托盘的整体吊起放入水压等静压机内，以250MPa的等静压力、保压时间为50秒进行等静压处理，使混合粉料在耐压橡胶或乳胶薄壁管内被压结成卷状棒材；

3、还原性烧结：把上述托盘及在托盘上耐压橡胶薄壁管内的压结成卷状的棒材整体吊起，用压缩空气吹去耐压橡胶薄壁管外壁附着的少量水后，连同托盘一起放入真空烧结炉内；在壁上打孔的铁桶内装5Kg木炭同时放入真空烧结炉内，对真空烧结炉抽真空至真空度0.05-0.20MPa；升温至850℃并保温100分钟进行还原性烧结，期间需要间断地抽真空，以保持低压；

4、致密性烧结：真空度0.05-0.20MPa下，将真空烧结炉升温至990℃保温100分钟进行致密性烧结；

5、冷却：向炉内充入氮气至0.6个大气压，冷却至常温后，打开炉盖，得氧化铝弥散强化铜棒坯料，连同托盘整体吊出；由于致密性烧结收缩，出炉后的氧化铝弥散强化铜棒坯料直径变化为截面局部圆度不规则，相对密度为94％，重量为单卷60公斤，总重120公斤，无损耗；

6、旋锻加工：将氧化铝弥散强化铜棒坯料在旋锻机上进行旋锻加工，旋锻机的进口端和出口端分别装配有对盘卷弥散强化铜棒坯料进行开卷的开卷矫直机和收线机，旋锻加工工艺为(单位mm)：

经过两道次旋锻加工后，氧化铝弥散强化铜棒坯料的相对密度提高到97.1％；

7、热处理：真空度0.05-0.20MPa下，经过旋锻加工的氧化铝弥散强化铜棒坯料于真空烧结炉内980℃保温100分钟，出炉后20s内快速水冷；相对密度提高到99.1％；

8、二次旋锻加工：将再结晶热处理后的坯料进行二次旋锻加工和拉拔加工，直至成品尺寸在过程中增加真空高温热处理，具体工艺如下：

由于拉拔加工的制头损耗，至成品规格两卷总重110.5Kg,综合成材率92％。

上述产品经检测，性能指标为：洛氏硬度HRB76；抗拉强度σb480MPa；规定比例塑性延伸强度σ_0.2405MPa；延伸率(短标距)17％；导电率IACS,％93；软化温度(保留≥80％20℃环境下抗拉强度的最高温度)850℃；杂质氧含量(氢脆法检测)≯15ppm.质量达到国际同类产品指标。

Claims (3)

1.一种氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)表面活化预处理：将经原位复合的氧化铝-铜混合粉料于硼砂水溶液中浸泡、烘干；所述氧化铝-铜混合粉料中氧化铝粉的质量百分比为0.1-1.5％；所述硼砂水溶液的质量百分比浓度为0.5-1.5％，浸泡温度为常温，烘干温度为80-90℃；所述硼砂水溶液与氧化铝-铜混合粉料的重量比为1：(2-3)；

(2)等静压处理：将预处理后的混合粉料置于耐压橡胶或乳胶薄壁管内并绕成盘绕的线卷状，置于等静压机内进行等静压处理；等静压处理的等静压力为200Mpa-300Mpa，等静压处理的保压时间为30-60秒；

(3)还原性烧结：将耐压橡胶或乳胶薄壁管置于真空烧结炉内，同时加入木炭，800-850℃进行真空还原性烧结；真空烧结炉内真空度为0.05-0.20Mpa，还原性烧结时间为100-140min；木炭的质量为混合粉料的质量的2-5％；

(4)致密性烧结：将真空烧结炉升温至940℃-990℃进行真空致密性烧结；真空烧结炉内真空度为0.05-0.20Mpa，致密性烧结时间为100-140min；

(5)冷却：向真空烧结炉内充入氮气，冷却至室温，得氧化铝弥散强化铜棒坯料；(6)一次旋锻加工：将氧化铝弥散强化铜棒坯料于旋锻机上进行旋锻加工；

(7)热处理：将旋锻加工后的坯料于真空烧结炉内950℃-980℃真空热处理后，快速水冷；Al2O3的а相晶型固溶热处理和铜再结晶；真空烧结炉内真空度为0.05-0.20Mpa，再结晶热处理时间为100-140min；水冷时间为20s内；

(8)二次旋锻加工：将热处理后的坯料于旋锻机上进行旋锻加工，即得。

2.根据权利要求1所述的一种氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，耐压橡胶或乳胶薄壁管的内径为25-45mm、壁厚为1.5-3mm。

3.根据权利要求1所述的一种氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，充入氮气后，真空烧结炉内气压为0.4-0.6个大气压。