CN103305718A - 一种高速压制成形制备Al2O3弥散强化铜合金的方法 - Google Patents
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Abstract
一种高速压制成形制备Al2O3弥散强化铜合金的方法，属于粉末冶金技术领域。其步骤为：润滑模壁、高速压制成形制备压坯和气氛保护烧结。本发明通过高速压制成形和气氛保护烧结制备出高密度弥散强化铜合金，工艺简单，实现了短流程、低成本制备高性能弥散强化铜合金。制备的弥散强化铜合金压坯致密度≥95.7%，烧结后致密度≥97.8%，硬度为68.1～74.1HRB，抗拉强度可达370MPa，导电率为75%IACS。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，特别属于一种利用高速压制成形制备Al2O3弥散强化铜合金的方法，也适用于其他铜基复合材料的制备。
背景技术
弥散强化铜是指以陶瓷颗粒为弥散增强相、铜及铜合金为基体的复合材料，细小而坚硬的陶瓷粒子弥散分布在铜基体上，阻碍了位错运动，大大提高了基体的室温与高温强度。具有再结晶温度高、组织稳定、应力集中不敏感、屈服强度和抗拉强度高、高温蠕变性能好、高的传导率等特征。弥散强化铜基复合材料不仅强度高，导电、导热性与纯铜接近，而且有良好的抗高温软化、抗电弧侵蚀和抗磨损能力，广泛应用于触头材料、导电弹性材料、集成电路引线框架、电极材料等，是一种具有广泛应用前景的新型复合材料。Al2O3弥散强化铜复合材料是目前综合性能最佳的高强高导铜基材料之一。
粉末高速压制技术(High Velocity Compaction,简称HVC)是瑞典的HoganasAB公司在2001年基于Hydro-pulsor公司生产的高速压制成形机而推介的一项新技术,高速压制成形原理是通过应力波在粉体中的传播使粉末致密，从而提高产品密度，使得产品性能得以提升。由于成形原理的特殊性，高速压制技术具有密度高且分布均匀、径向弹性后效小容易脱模、生产率高、成本低等诸多优势，因此高速压制技术被认为足粉末冶金行业寻求低成本高密度材料加工技术的又一次新突破，成为近几年的研究热点。
目前，高速压制技术成形Fe粉、Cu粉、Al及Al合金粉和不锈钢粉已获得较好效果，致密度均可达到95%。提高材料密度和均匀性是提高粉末冶金制品性能的有效措施，高速压制能使粉末冶金材料的性能明显改善。
发明内容
本发明的目的在于针对现有粉末冶金方法制备铜基合金工艺复杂、成本高等不足，提供一种利用粉末冶金高速压制成形制备弥散强化铜及其他铜基合金的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：润滑模壁、高速压制成形制备压坯和气氛保护烧结，其步骤如下：
（1）用硬脂酸锌丙酮乳浊液润滑模腔内壁以及凸模；
（2）将粉末填充于模腔内，预压排气；
（3）采用冲击速度大于等于8.7～10m/s，压制能量与装粉量之比为1590～2120J：25g，制备压坯；
（4）将压坯置于气氛烧结炉中，升温速率，5～15℃/min，在1050～1080℃高纯H2气氛保护中烧结，保温2～6h，随炉冷却，得到所述弥散强化铜合金。
冲击速度为8.7～10m/s，压制能量与装粉量之比为1590～2120J：25g，否则生坯致密度会低于95.7%，严重降低烧结后零件的性能；烧结温度应在1050～1080℃，否则会使压坯烧结不充分或烧结件开裂导致力学性能和电学性能不佳。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明无需加入润滑剂即实现粉末的高致密成形，避免的氧、碳及其他杂质的污染使材料性能恶化。
（2）本发明高速压制制备的弥散强化铜合金的压坯密度≥95.7%，烧结后致密度≥97.8%，硬度为68.1～74.1HRB，抗拉强度可达370MPa，导电率为75%IACS。
（3）本发明实现了短流程、低成本制备高密度、高性能弥散强化铜合金，工艺简单，成本低，所制备出的弥散强化铜合金致密度高，性能优良。
（4）本发明还可适用于其他铜基合金的制备。
附图说明
图1为弥散强化铜粉末颗粒形貌。
图2为实施例在1080℃烧结的断口形貌。
具体实施方式
下面结合实施例进一步详细描述本发明，但本发明实施方式不限于此。
实施例1
采用Al2O3弥散强化铜是市售的采用内氧法以水雾铝粉为原料制备的复合材料，其中Al2O3含量为0.9%，颗粒大小为-100目。高速压制成形制备弥散强化铜合金的步骤及工艺条件如下：
用硬脂酸锌丙酮乳浊液润滑模腔内壁以及凸模；将粉末填充于模腔内，预压排气；采用冲击速度为8.7m/s，压制能量与装粉量之比为1590J：25g，制备压坯；将压坯置于气氛烧结炉中，升温速率10℃/min，在1080℃高纯H2气氛保护中烧结，保温2h，随炉冷却，得到所述弥散强化铜合金。所制备的压坯密度为8.360g/cm3，烧结后性能见表1。
表1
| 烧结温度/℃ | 烧结密度/g/cm3 | 烧结致密度/% |
| 1080 | 8.431 | 96.46 |
注：基于0.9%Al2O3弥散强化铜合金的理论密度为8.74g/cm3计算的致密度。
实施例2：
制备方法同实施例1，步骤（3）预压排气后，压制速度为9.4m/s，压制能量与装粉量之比为1855J：25g，所制备压坯密度8.481g/cm3，烧结后性能见表2
表2
| 烧结温度/℃ | 烧结密度/g/cm3 | 烧结致密度/% |
| 1080 | 8.545 | 97.77 |
实施例3：
制备方法同实施例1。步骤（3）预压排气后，压制速度为8.7m/s，压制能量与装粉量之比为1590J：25g，制备压坯；将压坯置于气氛烧结炉中，升温速率10℃/min，在1070℃高纯H2气氛保护中烧结，保温2h，随炉冷却，得到所述弥散强化铜合金。所制备的压坯密度为8.360g/cm3，烧结后性能见表3。
表3
| 烧结温度/℃ | 烧结密度/g/cm3 | 烧结致密度/% |
| 1070 | 8.43 | 96.45 |
实施例4：
制备方法同实施例3。步骤（3）预压排气后，压制速度为7.5m/s，压制能量与装粉量之比为1192.5J：9.2g，所制备压坯密度8.481g/cm3，烧结后性能见表4
表4
| 烧结温度/℃ | 烧结密度/g/cm3 | 烧结致密度/% |
| 1070 | 8.525 | 97.54 |
Claims (1)
1.一种高速压制成形制备弥散强化铜复合材料的方法，其特征在于：润滑模壁、高速压制成形制备压坯和气氛保护烧结；其制备步骤如下：
（1）用硬脂酸锌丙酮乳浊液润滑模腔内壁以及凸模；
（2）将粉末填充于模腔内，预压排气；
（3）采用冲击速度为8.7～10m/s，压制能量与装粉量之比为1590～2120J：25g，制备压坯；
（4）将压坯置于气氛烧结炉中，升温速率5～15℃/min，在1050～1080℃高纯H2气氛保护中烧结，保温2～6h，随炉冷却，得到所述弥散强化铜合金。
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