CN103981423B - 一种高强度氧化铝弥散复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高强度氧化铝弥散复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：10.1~12.8%，MgO：2.2~3.8%，WC：0.8~1.3%，余量为Cu；所述热处理方法包括：预热处理、调整处理、冷冻处理、时效处理、淬火处理、第二次时效处理、第二次冷冻处理、第二次调整处理以及研磨处理，从而使得该复合材料强度得到大幅增强。

Description

一种高强度氧化铝弥散复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别是涉及一种高强度氧化铝弥散复合材料的制备方法。
背景技术
氧化铝弥散铜基复合材料因为具有优良的物理性能和力学性能以及高温抗软化性能，被应用于集成电路引线框架、高速电气化铁路架空线和彩管行业中的电阻焊电极、大推力火箭发动机内衬等高新技术领域，是电子信息、能源产业发展的关键材料。近十年来随着汽车、信息和微电子产业的迅猛发展，氧化铝弥散强化铜基复合材料也得到了长足的发展，并以其优良的性能显示出其不可替代性。铜及铜合金具有良好的导电导热性，但其室温强度和高温强度均较低且耐磨性较差，为了改善其这一缺点，通过向铜基材料中加入氧化物颗粒作为增强相，并使其细小均匀地弥散分布在铜基体中，从而提高铜基复合材料的力学性能及高温抗软化能力，同时又不降低其导电性或降低不多，这是目前高强高导铜合金材料领域的研究热点和产业化的方向。氧化铝弥散强化铜是向铜基体中引入细小均匀弥散分布的氧化铝颗粒作为增强相，强化铜基体的复合材料。但是其强度依然达不到很多苛刻的应用环境，急需开发出一种强度大幅改善，同时导电率也趋于合理的复合材料。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法；
本发明的目的之二在于提出一种高强度氧化铝弥散复合材料；
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：10.1~12.8%，MgO：2.2~3.8%，WC：0.8~1.3%，余量为Cu；
所述高强度氧化铝弥散复合材料采用粉末冶金方式形成以铜为基的氧化铝弥散复合材料；
所述热处理方法包括如下步骤：
1）预热处理：将所述以铜为基的氧化铝弥散复合材料置于加热炉内，在520~610℃的温度下预热1~2.2小时；
2）调整处理：将预热处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到760~810℃，保温0.8~1.5小时；
3）冷冻处理：将调整处理之后的氧化铝弥散复合材料迅速放入冷冻箱，在-80~-92℃的温度下保温3~5.2小时；
4）时效处理：将冷冻处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到180~210℃，保温30~36小时；
5）淬火处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料置于盐浴炉中，加热到800~820℃，保温20~32分钟，将材料去除，迅速放入有机淬火液中，待材料温度降至160~180℃时取出，用水冲洗干净，去除表面的残留的盐分和淬火液；
6）第二次时效处理：将淬火之后的氧化铝弥散复合材料放入时效处理炉中，升温到220~240℃，保温18~22小时；
7）第二次冷冻处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料放入冷冻箱，在-78~-88℃的温度下保温2.2~3.8小时；
8）第二次调整处理：将经过第二次冷冻处理的氧化铝弥散复合材料放入加热保温箱中，升温到110~123℃，保温7.8~8.6小时；
9）研磨处理：经过常规研磨处理之后，得到高强度氧化铝弥散复合材料。
作为优选，所述粉末冶金方式包括配料、球磨混合、高压压制、烧结、淬火以及回火步骤得到以铜为基的氧化铝弥散复合材料。
作为优选，在步骤8）和步骤9）之间还存在：8.1）气体渗氮步骤：渗氮温度为540~580℃，时间为5.5~7.0小时。
作为优选，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：11.6~12.1%，MgO：2.8~3.2%，WC：0.9~1.2%，余量为Cu。
作为优选，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：11.9%，MgO：3.1%，WC：0.98%，余量为Cu。
作为优选，所述热处理方法包括如下步骤：
1）预热处理：将所述以铜为基的氧化铝弥散复合材料置于加热炉内，在580℃的温度下预热1.6小时；
2）调整处理：将预热处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到792℃，保温1.0小时；
3）冷冻处理：将调整处理之后的氧化铝弥散复合材料迅速放入冷冻箱，在-88℃的温度下保温3.9小时；
4）时效处理：将冷冻处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到196℃，保温34小时；
5）淬火处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料置于盐浴炉中，加热到815℃，保温26分钟，将材料去除，迅速放入有机淬火液中，待材料温度降至171℃时取出，用水冲洗干净，去除表面的残留的盐分和淬火液；
6）第二次时效处理：将淬火之后的氧化铝弥散复合材料放入时效处理炉中，升温到230℃，保温19小时；
7）第二次冷冻处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料放入冷冻箱，在-80℃的温度下保温2.9小时；
8）第二次调整处理：将经过第二次冷冻处理的氧化铝弥散复合材料放入加热保温箱中，升温到119℃，保温8.2小时；
9）研磨处理：经过常规研磨处理之后，得到高强度氧化铝弥散复合材料。
一种高强度氧化铝弥散复合材料，采用上述热处理方法制得。
本发明的效果在于：
通过合理选取复合材料的具体组成与热处理方法的设定，使得复合材料的抗拉强度和导电率得到大幅增加；
通过合理设定热处理各个步骤，使得氧化铝非常均匀的弥散在铜基中；
通过在氧化铝弥散铜复合材料中添加MgO和微量增强相WC，使得抗拉强度得到大幅增加；
冷冻处理的合理设定，使得材料的综合性能得到大幅增加。
具体实施方式
实施例1
一种高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：11.8%，MgO：2.9%，WC：1.2%，余量为Cu；
所述高强度氧化铝弥散复合材料采用粉末冶金方式形成以铜为基的氧化铝弥散复合材料；所述粉末冶金方式包括配料、球磨混合、高压压制、烧结、淬火以及回火步骤得到以铜为基的氧化铝弥散复合材料；
所述热处理方法包括如下步骤：
1）预热处理：将所述以铜为基的氧化铝弥散复合材料置于加热炉内，在580℃的温度下预热1.9小时；
2）调整处理：将预热处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到780℃，保温1.2小时；
3）冷冻处理：将调整处理之后的氧化铝弥散复合材料迅速放入冷冻箱，在-89℃的温度下保温3.87小时；
4）时效处理：将冷冻处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到192℃，保温34小时；
5）淬火处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料置于盐浴炉中，加热到810℃，保温29分钟，将材料去除，迅速放入有机淬火液中，待材料温度降至172℃时取出，用水冲洗干净，去除表面的残留的盐分和淬火液；
6）第二次时效处理：将淬火之后的氧化铝弥散复合材料放入时效处理炉中，升温到235℃，保温19小时；
7）第二次冷冻处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料放入冷冻箱，在-79℃的温度下保温2.9小时；
8）第二次调整处理：将经过第二次冷冻处理的氧化铝弥散复合材料放入加热保温箱中，升温到119℃，保温8.1小时；
8.1）气体渗氮步骤：渗氮温度为560℃，时间为6.0小时；
9）研磨处理：经过常规研磨处理之后，得到高强度氧化铝弥散复合材料。
经过热处理的高强度氧化铝弥散复合材料的抗拉强度为610N/mm2，软化温度高于680℃，导电率为92%IACS。
实施例2：
一种高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：11.1%，MgO：2.6%，WC：0.95%，余量为Cu；
所述高强度氧化铝弥散复合材料采用粉末冶金方式形成以铜为基的氧化铝弥散复合材料，所述粉末冶金方式包括配料、球磨混合、高压压制、烧结、淬火以及回火步骤得到以铜为基的氧化铝弥散复合材料；；
所述热处理方法包括如下步骤：
1）预热处理：将所述以铜为基的氧化铝弥散复合材料置于加热炉内，在580℃的温度下预热1.6小时；
2）调整处理：将预热处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到792℃，保温1.0小时；
3）冷冻处理：将调整处理之后的氧化铝弥散复合材料迅速放入冷冻箱，在-88℃的温度下保温3.9小时；
4）时效处理：将冷冻处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到196℃，保温34小时；
5）淬火处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料置于盐浴炉中，加热到815℃，保温26分钟，将材料去除，迅速放入有机淬火液中，待材料温度降至171℃时取出，用水冲洗干净，去除表面的残留的盐分和淬火液；
6）第二次时效处理：将淬火之后的氧化铝弥散复合材料放入时效处理炉中，升温到230℃，保温19小时；
7）第二次冷冻处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料放入冷冻箱，在-80℃的温度下保温2.9小时；
8）第二次调整处理：将经过第二次冷冻处理的氧化铝弥散复合材料放入加热保温箱中，升温到119℃，保温8.2小时；
8.1）气体渗氮步骤：渗氮温度为566℃，时间为6.8小时；
9）研磨处理：经过常规研磨处理之后，得到高强度氧化铝弥散复合材料。
经过热处理的高强度氧化铝弥散复合材料的抗拉强度为608N/mm2，软化温度高于630℃，导电率为90%IACS。

Claims (7)

1.一种高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，其特征在于：所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：10.1~12.8%，MgO：2.2~3.8%，WC：0.8~1.3%，余量为Cu；
所述高强度氧化铝弥散复合材料采用粉末冶金方式形成以铜为基的氧化铝弥散复合材料；
所述热处理方法包括如下步骤：
1）预热处理：将所述以铜为基的氧化铝弥散复合材料置于加热炉内，在520~610℃的温度下预热1~2.2小时；
2）调整处理：将预热处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到760~810℃，保温0.8~1.5小时；
3）冷冻处理：将调整处理之后的氧化铝弥散复合材料迅速放入冷冻箱，在-80~-92℃的温度下保温3~5.2小时；
4）时效处理：将冷冻处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到180~210℃，保温30~36小时；
5）淬火处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料置于盐浴炉中，加热到800~820℃，保温20~32分钟，将材料取出，迅速放入有机淬火液中，待材料温度降至160~180℃时取出，用水冲洗干净，去除表面的残留的盐分和淬火液；
6）第二次时效处理：将淬火之后的氧化铝弥散复合材料放入时效处理炉中，升温到220~240℃，保温18~22小时；
7）第二次冷冻处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料放入冷冻箱，在-78~-88℃的温度下保温2.2~3.8小时；
8）第二次调整处理：将经过第二次冷冻处理的氧化铝弥散复合材料放入加热保温箱中，升温到110~123℃，保温7.8~8.6小时；
9）研磨处理：经过常规研磨处理之后，得到高强度氧化铝弥散复合材料。
2.根据权利要求1所述高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，其特征在于，所述粉末冶金方式包括配料、球磨混合、高压压制、烧结、淬火以及回火步骤得到以铜为基的氧化铝弥散复合材料。
3.根据权利要求1或2所述高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，其特征在于，在步骤8）和步骤9）之间还存在：8.1）气体渗氮步骤：渗氮温度为540~580℃，时间为5.5~7.0小时。
4.根据权利要求1或2所述高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，其特征在于，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：11.6~12.1%，MgO：2.8~3.2%，WC：0.9~1.2%，余量为Cu。
5.根据权利要求1或2所述高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，其特征在于，所述高强度氧化铝弥散复合材料按重量百分比由如下组分构成：Al2O3：11.9%，MgO：3.1%，WC：0.98%，余量为Cu。
6.根据权利要求1或2所述高强度氧化铝弥散复合材料的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括如下步骤：
1）预热处理：将所述以铜为基的氧化铝弥散复合材料置于加热炉内，在580℃的温度下预热1.6小时；
2）调整处理：将预热处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到792℃，保温1.0小时；
3）冷冻处理：将调整处理之后的氧化铝弥散复合材料迅速放入冷冻箱，在-88℃的温度下保温3.9小时；
4）时效处理：将冷冻处理之后的氧化铝弥散复合材料升温到196℃，保温34小时；
5）淬火处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料置于盐浴炉中，加热到815℃，保温26分钟，将材料取出，迅速放入有机淬火液中，待材料温度降至171℃时取出，用水冲洗干净，去除表面的残留的盐分和淬火液；
6）第二次时效处理：将淬火之后的氧化铝弥散复合材料放入时效处理炉中，升温到230℃，保温19小时；
7）第二次冷冻处理：将时效处理之后的氧化铝弥散复合材料放入冷冻箱，在-80℃的温度下保温2.9小时；
8）第二次调整处理：将经过第二次冷冻处理的氧化铝弥散复合材料放入加热保温箱中，升温到119℃，保温8.2小时；
9）研磨处理：经过常规研磨处理之后，得到高强度氧化铝弥散复合材料。
7.一种高强度氧化铝弥散复合材料，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述热处理方法制得。
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